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 關(guān)于中斷部分系列篇將用三篇詳細(xì)說(shuō)明整個(gè)過(guò)程.

● 中斷概念篇 中斷概念很多,比如中斷控制器,中斷源,中斷向量,中斷共享,中斷處理程序等等.本篇做一次整理.先了解透概念才好理解中斷過(guò)程.本篇的主角是海公公,用海公公打比方說(shuō)明白中斷各個(gè)概念.

● 中斷管理篇 從中斷初始化HalIrqInit開始,到注冊(cè)中斷的LOS_HwiCreate函數(shù),到消費(fèi)中斷函數(shù)的 HalIrqHandler,剖析鴻蒙內(nèi)核實(shí)現(xiàn)中斷的過(guò)程,很像設(shè)計(jì)模式中的觀察者模式. 可前往鴻蒙內(nèi)核源碼分析(總目錄)查看.

● 中斷切換篇 用自下而上的方式,從中斷源頭純匯編代碼往上跟蹤代碼細(xì)節(jié).說(shuō)清楚保存和恢復(fù)中斷現(xiàn)場(chǎng)TaskIrqContext過(guò)程.可前往鴻蒙內(nèi)核源碼分析(總目錄)查看.

中斷概念

中斷模塊的核心是中斷控制器,這可是 皇上(CPU) 身邊的大紅人海公公,外部人員找皇上辦點(diǎn)事都必須經(jīng)過(guò)它.

什么是中斷?

● 中斷是指出現(xiàn)需要時(shí)，CPU暫停執(zhí)行當(dāng)前程序，轉(zhuǎn)而執(zhí)行新程序的過(guò)程。即在程序運(yùn)行過(guò)程中，出現(xiàn)了一個(gè)必須由CPU立即處理的事務(wù)。此時(shí)，CPU暫時(shí)中止當(dāng)前程序的執(zhí)行轉(zhuǎn)而處理這個(gè)事務(wù)，這個(gè)過(guò)程就叫做中斷。如圖:

● 外設(shè)可以在沒有CPU介入的情況下完成一定的工作，但某些情況下也需要CPU為其執(zhí)行一定的工作。通過(guò)中斷機(jī)制，在外設(shè)不需要CPU介入時(shí)，CPU可以執(zhí)行其它任務(wù)，而當(dāng)外設(shè)需要CPU時(shí)，將通過(guò)產(chǎn)生中斷信號(hào)使CPU立即中斷當(dāng)前任務(wù)來(lái)響應(yīng)中斷請(qǐng)求。這樣可以使CPU避免把大量時(shí)間耗費(fèi)在等待、查詢外設(shè)狀態(tài)的操作上，大大提高系統(tǒng)實(shí)時(shí)性以及執(zhí)行效率。

中斷相關(guān)的硬件介紹

與中斷相關(guān)的硬件可以劃分為三類：設(shè)備(找皇上辦事的事多了去)、中斷控制器(海公公)、CPU(皇上威武,執(zhí)天下耳)。

● 設(shè)備 發(fā)起中斷的源，當(dāng)設(shè)備需要請(qǐng)求CPU時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào)，該信號(hào)連接至中斷控制器。

● 中斷控制器 中斷控制器是CPU眾多外設(shè)中的一個(gè)，管理外設(shè)的外設(shè),外設(shè)要使用CPU得先經(jīng)過(guò)它仲裁, 它一方面接收其它外設(shè)中斷引腳的輸入，另一方面它會(huì)發(fā)出中斷信號(hào)給CPU。所以可以通過(guò)對(duì)中斷控制器編程來(lái)打開和關(guān)閉中斷源、設(shè)置中斷源的優(yōu)先級(jí)和觸發(fā)方式。說(shuō)的是海公公有權(quán)屏蔽大臣們的折子,降低娘娘們被臨幸的等級(jí),讓你們見不到咱皇上. 常用的中斷控制器有VIC(Vector Interrupt Controller)和GIC(General Interrupt Controller)。在ARM Cortex-M系列中使用的中斷控制器是NVIC(Nested Vector Interrupt Controller)。在ARM Cortex-A7中使用的中斷控制器是GIC。

● CPU 中斷控制器分發(fā)的中斷源的請(qǐng)求給各個(gè)CPU，CPU收到請(qǐng)求便中斷當(dāng)前正在執(zhí)行的任務(wù)，轉(zhuǎn)而執(zhí)行中斷處理程序。 用二張圖說(shuō)明下三者的關(guān)系,能看出咱海公公的權(quán)利有多大.

中斷控制器文檔可前往 ARM中斷控制器 gic_v2.pdf 查看每個(gè)寄存器的作用.以下為鴻蒙內(nèi)核一小部分GIC寄存器的配置.

#ifdef LOSCFG_PLATFORM_BSP_GIC_V2 
#define GICC_CTLR                       (GICC_OFFSET + 0x00)            /* CPU Interface Control Register */ //CPU接口控制寄存器 
#define GICC_PMR                        (GICC_OFFSET + 0x04)            /* Interrupt Priority Mask Register */ //中斷優(yōu)先級(jí)屏蔽寄存器 
#define GICC_BPR                        (GICC_OFFSET + 0x08)            /* Binary Point Register */    //二進(jìn)制點(diǎn)寄存器 
#define GICC_IAR                        (GICC_OFFSET + 0x0c)            /* Interrupt Acknowledge Register */ //中斷確認(rèn)寄存器 
#define GICC_EOIR                       (GICC_OFFSET + 0x10)            /* End of Interrupt Register */   //中斷結(jié)尾寄存器 
#define GICC_RPR                        (GICC_OFFSET + 0x14)            /* Running Priority Register */   //運(yùn)行優(yōu)先寄存器 
#define GICC_HPPIR                      (GICC_OFFSET + 0x18)            /* Highest Priority Pending Interrupt Register */ //最高優(yōu)先級(jí)掛起中斷寄存器 
#endif 

中斷源

● 所謂中斷源，即引起中斷的事件或原因，或發(fā)出中斷申請(qǐng)的來(lái)源. 可分為外部中斷源和內(nèi)部中斷源兩大類。

◊ 外部中斷源是指由CPU的外部事件引發(fā)的中斷。主要包括：

◊ 一般中、慢速外設(shè)，如鍵盤、打印機(jī)、鼠標(biāo)等;

◊ 數(shù)據(jù)通道，如磁盤、數(shù)據(jù)采集裝置、網(wǎng)絡(luò)等;

◊ 實(shí)時(shí)時(shí)鐘，如定時(shí)器定時(shí)已到，發(fā)中斷申請(qǐng);

◊ 故障源，如電源掉電、外設(shè)故障、存儲(chǔ)器讀出出錯(cuò)以及越限報(bào)警等事件。

● 內(nèi)部中斷源是指由CPU的內(nèi)部事件(異常)引發(fā)的中斷，主要包括：

◊ 由CPU執(zhí)行中斷指令I(lǐng)NT n引起的中斷;

◊ 由CPU的某些運(yùn)算錯(cuò)誤引起的中斷，如除數(shù)為0或商數(shù)超過(guò)了寄存器所能表達(dá)的范圍、溢出等;

◊ 為調(diào)試程序設(shè)置的中斷，如單步中斷、斷點(diǎn)中斷;

◊ 由特殊操作引起的異常，如存儲(chǔ)器越限、缺頁(yè)等。

◊ 核間中斷,比如cpu a 讓 cpu b 停止工作,產(chǎn)生調(diào)度等等.

這些都是想找咱皇上辦事的人.

中斷類型

把中斷源劃分為三種中斷類型

● PPI：私有外設(shè)中斷(Private Peripheral Interrupt)，是每個(gè)CPU私有的中斷。最多支持16個(gè)PPI中斷，硬件中斷號(hào)從ID16~ID31。PPI通常會(huì)送達(dá)到指定的CPU上，應(yīng)用場(chǎng)景有CPU本地時(shí)鐘。 類似于皇上自己的一些私事,不方便說(shuō)的,比如大明湖畔的夏雨荷來(lái)了.

● SGI：軟件觸發(fā)中斷(Software Generated Interrupt)通常用于多核間通訊，最多支持16個(gè)SGI中斷，硬件中斷號(hào)從ID0~ID15。SGI通常在內(nèi)核中被用作核間中斷(inter-processor interrupts)，信號(hào)會(huì)送達(dá)到系統(tǒng)指定的CPU上. 主要用于多個(gè)皇上(CPU)并存的情況,皇上們直接約一起玩.

● SPI：公用外設(shè)中斷(Shared Peripheral Interrupt)，最多可以支持988個(gè)外設(shè)中斷，硬件中斷號(hào)從ID32~ID1019。 屬于外部公事,這種事比較多,比如無(wú)法預(yù)測(cè)的吳三桂同志突然造反了,黃河決堤了等等,所以排號(hào)也多,除了前面兩種其他的都屬于這類的.

中斷請(qǐng)求

“緊急事件”需向CPU提出申請(qǐng)(發(fā)一個(gè)電脈沖信號(hào))，要求CPU暫停當(dāng)前執(zhí)行的任務(wù)，轉(zhuǎn)而處理該“緊急事件”，這一申請(qǐng)過(guò)程稱為中斷請(qǐng)求,這個(gè)申請(qǐng)必須經(jīng)過(guò)中斷控制器仲裁.

找皇上辦事的人先寫報(bào)告走流程,要求都要經(jīng)過(guò)咱海公公處過(guò)濾.

中斷觸發(fā)

中斷源向中斷控制器發(fā)送中斷信號(hào)(電平觸發(fā)或邊沿觸發(fā))，中斷控制器對(duì)中斷進(jìn)行仲裁，確定優(yōu)先級(jí)，將中斷信號(hào)送給CPU。中斷源產(chǎn)生中斷信號(hào)的時(shí)候，會(huì)將中斷觸發(fā)器置“1”，表明該中斷源產(chǎn)生了中斷，要求CPU去響應(yīng)該中斷。

相當(dāng)于辦事的折子,折子統(tǒng)一到了海公公這處理,編號(hào).

中斷優(yōu)先級(jí)

為使系統(tǒng)能夠及時(shí)響應(yīng)并處理所有中斷，系統(tǒng)根據(jù)中斷時(shí)間的重要性和緊迫程度，將中斷源分為若干個(gè)級(jí)別，稱作中斷優(yōu)先級(jí)。

海公公給折子分好優(yōu)先級(jí).如花娘娘優(yōu)先級(jí)最高,西施娘娘給的銀子少優(yōu)先級(jí)最低.

中斷處理程序

當(dāng)外設(shè)產(chǎn)生中斷請(qǐng)求后，CPU暫停當(dāng)前的任務(wù)，轉(zhuǎn)而響應(yīng)中斷申請(qǐng)，即執(zhí)行中斷處理程序。產(chǎn)生中斷的每個(gè)設(shè)備都有相應(yīng)的中斷處理程序。

海公公把折子交給了咱皇上,皇上一一處理所有折子.

中斷向量表

● 中斷號(hào) :每個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)都會(huì)有特定的標(biāo)志，使得計(jì)算機(jī)能夠判斷是哪個(gè)設(shè)備提出的中斷請(qǐng)求，這個(gè)標(biāo)志就是中斷號(hào)。

● 中斷向量 :中斷服務(wù)程序的入口地址。

● 中斷向量表是存儲(chǔ)中斷向量的存儲(chǔ)區(qū)，中斷向量與中斷號(hào)對(duì)應(yīng)，中斷向量在中斷向量表中按照中斷號(hào)順序存儲(chǔ)。 中斷向量表是所有中斷處理程序的入口，如下圖所示中斷處理過(guò)程：把一個(gè)函數(shù)(用戶中斷服務(wù)程序)同一個(gè)虛擬中斷向量表中的中斷向量聯(lián)系在一起。當(dāng)中斷向量對(duì)應(yīng)中斷發(fā)生的時(shí)候，被掛接的用戶中斷服務(wù)程序就會(huì)被調(diào)用執(zhí)行。

所有中斷都采用中斷向量表的方式進(jìn)行處理，即當(dāng)一個(gè)中斷觸發(fā)時(shí)，處理器將直接判定是哪個(gè)中斷源，然后直接跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的固定位置進(jìn)行處理，每個(gè)中斷服務(wù)程序必須排列在一起放在統(tǒng)一的地址上。中斷向量表一般由一個(gè)數(shù)組定義或在起始代碼中給出.

皇上把折子一對(duì)一的仔細(xì)處理,找到給對(duì)應(yīng)折子辦事的人.

用戶中斷服務(wù)程序(ISR)

在用戶中斷服務(wù)程序(ISR)中，分為兩種情況:

● 第一種情況是不進(jìn)行線程切換，這種情況下會(huì)進(jìn)行任務(wù)中斷上下文TaskIrqContext切換,用戶中斷服務(wù)程序和中斷后續(xù)程序運(yùn)行完畢后退出中斷模式，返回被中斷的線程。

● 另一種情況是，在中斷處理過(guò)程中需要進(jìn)行線程切換,這種切換還會(huì)進(jìn)行任務(wù)上下文TaskContext的切換.

具體下面辦事的人把事辦完.

中斷嵌套

在允許中斷嵌套的情況下，在執(zhí)行中斷服務(wù)程序的過(guò)程中，如果出現(xiàn)高優(yōu)先級(jí)的中斷，當(dāng)前中斷服務(wù)程序的執(zhí)行將被打斷，以執(zhí)行高優(yōu)先級(jí)中斷的中斷服務(wù)程序，當(dāng)高優(yōu)先級(jí)中斷的處理完成后，被打斷的中斷服務(wù)程序才又得到繼續(xù)執(zhí)行，如果需要進(jìn)行線程調(diào)度，線程的上下文切換將在所有中斷處理程序都運(yùn)行結(jié)束時(shí)才發(fā)生，如下圖所示。

先把西施娘娘的事停了,現(xiàn)如花娘娘殺到,優(yōu)先級(jí)高,老奴安排皇上先辦如花娘娘,再接著辦西施娘娘.奴才擔(dān)心皇上這身子骨吃不吃得消.​

中斷共享

當(dāng)外設(shè)較少時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)外設(shè)對(duì)應(yīng)一個(gè)中斷號(hào)，但為了支持更多的硬件設(shè)備，可以讓多個(gè)設(shè)備共享一個(gè)中斷號(hào)，共享同一個(gè)中斷號(hào)的中斷處理程序形成一個(gè)鏈表。當(dāng)外部設(shè)備產(chǎn)生中斷申請(qǐng)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)遍歷執(zhí)行中斷號(hào)對(duì)應(yīng)的中斷處理程序鏈表直到找到對(duì)應(yīng)設(shè)備的中斷處理程序。在遍歷執(zhí)行過(guò)程中，各中斷處理程序可以通過(guò)檢測(cè)設(shè)備ID，判斷是否是這個(gè)中斷處理程序?qū)?yīng)的設(shè)備產(chǎn)生的中斷。

簡(jiǎn)單一句話就是:共用一個(gè)折子,分別辦多件事.

核間中斷

屬于SGI中斷類型,對(duì)于多核系統(tǒng)，中斷控制器允許一個(gè)CPU的硬件線程去中斷其他CPU的硬件線程，這種方式被稱為核間中斷。核間中斷的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)是多CPU內(nèi)存共享，采用核間中斷可以減少某個(gè)CPU負(fù)荷過(guò)大，有效提升系統(tǒng)效率。

typedef enum {//鴻蒙核間中斷 
    LOS_MP_IPI_WAKEUP, //喚醒CPU 
    LOS_MP_IPI_SCHEDULE,//調(diào)度CPU 
    LOS_MP_IPI_HALT, //停止CPU 
} MP_IPI_TYPE; 

可以看出CPU之間可以相互喚醒,調(diào)度,停止.

核間中斷有點(diǎn)特殊,出現(xiàn)于多個(gè)皇上(CPU)的情況. 皇上之間可以相互使喚,停止工作.比如:A皇上通過(guò)海公公讓B皇上休息.

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