ARM_S3C2440中断分析

1.什么是中断

所谓中断，是指CPU在正常运行程序时，由于内部/外部事件或由程序预先安排的事件，引起CPU中断正在运行的程序，而转到为内部/外部事件或为预先安排的事件服务的中断程序中去，服务完毕，再返回去执行刚才被中断的程序。

2.什么是中断优先级

中断优先级是指，中断源被响应和处理的优先等级。设置优先级的目的是为了在有多个中断源同时发出中断请求时，CPU能够按照预定的顺序（如：按事件的轻重缓急处理）进行响应并处理。

3.什么是中断嵌套

中断嵌套是指当CPU正在处理某个中断源即正在执行中断服务程序时，会出现优先级更高的中断源申请中断，为了使更急的中断源及时得到服务，需要暂时中断（挂起）当前正在执行的级别较低的中断服务程序，去处理更高级别的中断源，待执行完毕后再返回来执行低优先级的中断服务程序。但中断级别低的中断源不能中断级别高的中断服务，这就是中断嵌套，并且称这种中断嵌套方式为完全嵌套方式。

4.什么是中断向量

中断向量是中断服务程序的入口地址，中断向量一般是固定的，我们需要把我们写好的中断服务程序(ISR)的入口地址写道中断向量表中，这样在发生中断时，CPU就会自动跳转到中断向量表中找到它要执行的中断服务程序了。

5.什么是硬中断，什么是软中断

硬中断是由外部事件引起的因此具有随机性和突发性；软中断是执行中断指令产生的，无面外部施加中断请求信号，因此中断的发生不是随机的而是由程序安排好的。

S3C2440/S3C2410中断体系结构：

6.ARM体系CPU的7种工作模式：

·用户模式（usr）:ARM处理器正常的程序执行状态
·快速中断模式（fiq）:用于高速数据传输或通道处理
·中断模式（irq）：用于通用的中断处理
·管理模式（svc）：操作系统使用的保护模式
·数据访问终止模式（abt）:当数据或指令预取时进入该模式,可用于虚拟存储及存储保护
·系统模式（sys）：运行具有特权操作系统任务
·未定义指令中止模式（und）:当为定义的指令执行时进入该模式，可用于支持硬件协处理的软件仿真

可以通过软件来进行模式切换，或者发生各类中断，异常时CPU自动进入相应的模式。除用户模式外，其余的6中工作模式都属于特权模式。大多数程序运行于用户模式，进入特权模式是为了处理中断，异常，或者访问被保护的系统资源。

ARM920T的寄存器分为7组，其每个工作模式都拥有对应的寄存器组。其中有些寄存器是共用的，有些寄存器在不同模式下有自己的副本。当切换到另一个工作模式时，那个工作模式的寄存器副本将被使用；这些寄存器成为备份寄存器（下图中使用灰色三角形标记的寄存器）

R0-R15可以直接访问，R13-R15稍有特殊，R13又称为栈指针寄存器，通常用于保存栈指针。R14又称为程序连接寄存器或连接寄存器，比如当执行BL子程序调用指令时，R14得到调用前的程序计数器PC（R15）的备份，以供子程序返回之用。当发生中断和异常时，对应的R14_svc、R14_irq、R14_fiq、R14_abt和R14_und保存R15返回值，R15是程序计数器PC。
PC（程序计数器),CPSR（当前程序状态寄存器）寄存器是程序执行时必不可少的寄存器。每组寄存器都有自己独立的SPSR,R14是为了保存CPSR和PC进入异常前的值。

7.ARM920T异常处理的过程——从寄存器值的变化和地址跳转两个角度

7.1·ARM920T异常处理的过程——寄存器值变化角度

ARM920TCPU将在异常（包括中断）的进入和退出时自动完成的工作：
在处理异常前，必须保存当前处理器的状态（PC和CPSR值）,当中断程序处理程序完成后，原来的程序能够继续执行。
处理一个异常：
·将下一条指令的地址（PC）保存在相应的LR(R14)寄存器中。如果异常是从ARM状态进入，则保存在LR(R14)寄存器中的下一条指令的地址。如果是从Thumb状态进入，则保存在LR寄存器中的是当前PC的偏移值。它能使程序异常返回后从正确的位置重新开始。这就意味着异常处理不需要确定异常是从何种状态进入的。
·将CPSR复制到相应的SPSR中
·将CPSR的工作模式位设置为这个异常对应的工作模式
·令PC值等于这个异常模式在异常向量表中的地址,即跳转去执行异常的向量表中的相应指令
退出一个异常：
·前面进入异常工作模式时，连接寄存器中保存了前一个工作模式的下一个指令的地址，将它减去一个适当的值（图二）后赋给PC寄存器。
·将SPCR值复制回CPSR
进入/退出异常模式PC地址

CPSR各位意义：
·T位：置位时，CPU处于Thumb状态，否则处于ARM状态
·中断禁止位：I位和F位属于中断禁止位，他们被置位时,IRQ中断，FIQ中断分别被禁止。
·工作模式：表明CPU当前处于什么工作模式，可以编写这些位，使CPU进入指定的工作模式。

中断处理过程：
·中断控制器汇集各类外设发出的中断信号，然后通知CPU
·CPU保存程序的运行环境（保存相应寄存器的值），调用中断服务程序（ISR）来处理这些中断。
·在ISR中通过读取中断控制器，外设的相关寄存器来识别这个是那个中断，并进行相应的处理
·清除中断：通过读写中断控制器和外设的相关寄存器来实现
·最后恢复被中断程序的运行环境（即上面保存的各个寄存器等），继续执行

7.2ARM920T异常处理的过程——地址跳转变化角度

通常嵌入式处理器都有一张中断向量表，当中断出现时，必须调用向量表，向量表一般为与0地址处，只要在对应的地址上写上跳转指令就实现了中断向量表。
ARM9的中断向量表
地址 异常
0x00000000复位
0x00000004未定义指令
0x00000008软件中断
0x0000000c中止（预取指令）
0x00000010中止（数据）
0x00000014保留
0x00000018IRQ（外部中断请求）
0x0000001cIQ（快速中断请求）
中断处理的过程如下图：

8.S3C2440S3C2410中断相关寄存器寄存器设置

中断相关寄存器的设置包括中断控制寄存器设置和引脚（IO）模式的设置，在这里我只介绍各个环节设计到的寄存器及其功能，而对于具体的设置我不做详细介绍，请参考芯片手册（interruptControllerAndIOPorts）

S3C2440S3C2410中断控制寄存器

S3C2440S3C2410中断控制寄存器有5大类：
·源待决寄存器（SRCPND）
当中断源产生中断信号时，在SRCPND相应位置位，至于CPU相应哪个中断不是SRCPND的工作。
·中断模式寄存器（INTMOD）
该寄存器是设置中断模式是FIQ还是IRQ
·中断掩码寄存器（INTMSK）
该寄存器是中断使能，当置位时，屏蔽该中断信号。
·优先级寄存器(PRIORITY)
该寄存器是设置IRQ模式下中断的优先级
·中断源待决寄存器（INTPND）
该寄存器的值决定CPU响应哪个中断，即只有一位被置位，但是该寄存器值一般是不用设置的（清楚中断的需要设置），该寄存器的值是系统自动计算得出来的值
这五类寄存器值的设置里，中断掩码寄存器和优先级寄存器设置是比较复杂的。中断模式寄存器、中断掩码寄存器、中断源待决寄存器涉及到子寄存器（子寄存器说法不很准确）的设置，就是关于EINT8_EINT23中断掩码寄存器的设置和中断源待决寄存器的设置

注：INTOFFSET寄存器用来表示INTPND寄存器中那个被置位了，即INTPND寄存器中位[X]为1时INTOFFSET寄存器的值为X（X为0～31）上图展示了中断处理框图（硬件实现角度）Requestsource(withsub-register)表示INT_RXD0，INT_TXD0等中断源（S3C2440中有15个），他们不同于Requestsource(withoutsub-regiser).假如Requestsource(withsub-register)中的中断源被触发后，SUBSRCPND寄存器的相应位置1，如果此中断没有被INTSUBMSK寄存器屏蔽,它在SRCPND寄存器中的相应位置1，之后的过程和Requestsource(withoutsub-regiser)一样了。

补充材料：

一、中断是什么

中断的汉语解释是半中间发生阻隔、停顿或故障而断开。那么，在计算机系统中，我们为什么需要“阻隔、停顿和断开”呢？

举个日常生活中的例子，比如说我正在厨房用煤气烧一壶水，这样就只能守在厨房里，苦苦等着水开——如果水溢出来浇灭了煤气，有可能就要发生一场灾难了。等啊等啊，外边突然传来了惊奇的叫声“怎么不关水龙头？”于是我惭愧的发现，刚才接水之后只顾着抱怨这份无聊的差事，居然忘了这事，于是慌慌张张的冲向水管，三下两下关了龙头，声音又传到耳边，“怎么干什么都是这么马虎？”。伸伸舌头，这件小事就这么过去了，我落寞的眼神又落在了水壶上。

门外忽然又传来了铿锵有力的歌声，我最喜欢的古装剧要开演了，真想夺门而出，然而，听着水