VxWorks基于AT91RM9200处理器的中断处理

　　Vxworks作为一个实时嵌入式操作系统，通常采用中断的方式来满足系统实时性的要求。

　　因此，熟悉其中断的处理过程对于VxWorks操作系统的开发是至关重要的.本文通过编写和调试基于AT91RM9200处理器的VxWorks嵌入式操作系统的BSP，来讨论VxWorks操作系统的中断机制。

1 VxWorks中断处理机制及AIC

　　AT91RM9200使用一个8优先级，可单独屏蔽中断的中断向量控制器AIC。在ARM体系结构中，有7种异常中断，对应有一个异常中断向量表。 ARM体系结构要求这个异常中断向量表从0地址处开始，对于外部中断请求IRQ，系统又增加了一块由中断控制器控制的中断向量表。

2 AT91RM9200 BSP的中断驱动的实现
2.1 中断驱动中定义的函数
　　STATUS at91rm9200LvlVecChk (int*,int*);
　　STATUS at91rm9200LvlVecAck(int,int);
　　STATUS at91rm9200LvlEnable(int);
　　STATUS at91rm9200LvlDisable(int);

2.2 高级中断控制器AIC的初始化

　　在usrInit()中excVecInit()函数对异常中断向量进行初始化.整个中断库，以及中断控制器的初始化都是在syslib.c中的 sysHwInit2()函数中完成的.该函数在sysClkConnect()中被调用，因为系统时钟中断要在内核开放中断后就要使能，因此内核在初始化为一个多任务环境后，就产生一个usrRoot()的任务，在该任务中要建立系统时钟中断，因此调用了sysClkConnect()函数，中断库以及中断控制器的初始化也就完成了。

　　高级中断控制器必须进行初始化，其初始化是在板级支持包BSP的中断驱动程序中。具体的实现函数是void at91rm9200IntDevInit(void)。该函数在文件syslib.c的sysHwInit2()函数中调用。

　　at91rm9200IntDevInit(void)函数中主要是配置系统的钩子函数，然后对中断源向量寄存器和中断模式寄存器进行配置，同时要清除并禁止AIC中所有的中断。

2.3 中断驱动中的回调函数

　　在intEnt中，程序很快就进入了特权模式(SVC32)，如果是中断可嵌套模式，要设置该模式下的堆栈，并且将中断深度intCnt值加1.然后跳转到intIntRtnPreempt中，在intIntRtnPreempt中为后来调用中断驱动中的函数开辟了32个字节的堆栈空间，并且将程序指针拉到at91rm9200LvlVecChk函数处执行，at91rm9200LvlVecChk函数是在中断驱动中定义的函数，是用来检测当前挂起的中断中，优先级最高的中断源。检测出最高优先级的中断后，首先要禁止该中断，因此要调用at91rm9200LvlDisable函数，该函数也在中断驱动中定义。在禁止中断的过程中，需要通过intLock和intUnLock函数来保护临界代码不被新的中断打断。

　　at91rm9200LvlVecChk()函数是通过读AIC_IVR寄存器来获取当前最高优先级的中断，将获得的中断号和中断向量赋给2个变量，并且禁止该中断。

　　at91rm9200LvlVecAek()函数是在中断处理结束后，通过写AIC_EIOC寄存器来清除刚刚处理的中断，并将其使能。 at91rm9200LvlEnable(int leve1)和at91rm9200LvlDisable(int level)来允许和禁止中断，从而保护临界代码不被新的中断所打断。

2.4 中断驱动程序实现的流程图

　　中断驱动程序实现的流程图如图1所示。

　　　　　
图1 中断驱动程序实现的流程图 [page]

3 VxWorks中断模块实现机制

3.1 异常中断向量表的生成及实现

　　在usrInit()函数中通过intVecBaseSet((FUNCPTR*)VEC_BASE_ADRS)函数对异常中断向量表的基址进行设置， VEC_BASE_ADRS在configall.h中定义为程序运行空间的起始地址，但是在ARM中并没有中断基址寄存器，由于ARM9有重影射机制，可以将程序运行空间的起始地址影射成0地址，这也符合ARM体系结构通常都是把异常中断向量表放在0地址处的惯例，异常中断向量表可以从反汇编 bootrom_uncmp后的0地址处看到。当有内置的外设中断或外部中断产生时，系统首先跳转到异常中断向量表的0x18处，此处是IRQ中断向量的位置，该内存中放置的是一条跳转指令，因为excVecInit()对中断向量表初始化后，生成了一个exeEnterTbl，在这个表中列出了异常向量和对应入口函数的结构表，exeEnterTbl结构如图2所示。

　
图2 excEnterTbl的结构

　　由于ARM9用了重影射机制，因此重影射之后，系统将LOCAL_MEM_LOCAL_ADRS影射成0地址，中断向量表从0地址处开始。从 excVecInit()的反汇编代码可以看出，系统把指令ldr pc,[pc,#244]的反汇编代码放在了从0x00000004开始的每个异常中断向量地址处，也就是将excEnterTbl中每个异常处理函数的入口地址都放在了(0xF4+0x8+0x4+所对应异常相对于未定义指令异常(0x00000004)的偏移)的内存中，这样就将异常向量和异常处理入口函数关联起来了。

3.2 中断向量表的结构及生成

　　那么当系统产生中断后，VxWorks是如何设置中断向量表，并且将中断向量和中断处理入口程序关联起来的呢?和异常向量表有点类似，但是中断向量表是VxWorks操作系统动态分配的一段连续的内存空间，这个空间的结构如图3所示。

　
图3 VxWorks中断向量表的结构

　　因为是动态分配，所以在这段内存空间中，操作系统只给当前中断分配了中断号、中断处理函数的入口和被传递的参数。每个中断源按照中断号顺序排列，在为每个中断源分配的内存空间中头4个字节是中断向量表的初始化函数的入口，该函数对于每个中断源来说是通用的，然后顺序放置的是中断号、中断处理函数入口和被传递的参数.通过intconnect()函数可以将中断向量和中断处理函数关联起来，因此在系统获知了发生中断的中断号时，就可以找到相应的中断处理函数去处理该中断。当发生IRQ异常时，系统强制把程序指针拉到0x18处，在0x18处是这样一条指令ldrpc,[pc,#244]，IRQ异常相对于未定义指令异常的偏移是0x14，所以相当于把0x114地址处的内容赋给pc，而0x114处的内容正是IRQ异常向量处理的入口函数intEnt的地址，因此程序跳转到intent处去执行。

4 中断处理跟踪调试的部分反汇编代码

　　通过使用ARM Developer Site仿真器，在0x18处设置断点后单步执行来分析中断处理的过程。中断处理函数的入口处代码如下：


　　2070b174[0xe59fb410] ldr r11,0x2070b58c; /*=#0x207a40c8,0x207a40c8是中断向量表的位置*/
　　2070b178[0xe59dc018] ldr r12,[r13,#0x18] /*将0x207b1ce8中的内容给r12应该是中断号!!!*/
　　2070b17c[0xe59bb000] ldr r11,[r11,#0] /*0x207a40c8处的内容是0x21ffbef8*/
　　2070b180[0xe08b318c] add r3,r11,r12,lsl #3 /*将0x21ffbef8(内存地址)给r3，0x21ffbef8的内容是向量0x207064b0，这是debug口中断处理函数的入口*/
　　2070b184[0xe79ba18c] ldr r10,[r11,r12,lsl#3]
　　2070b188[0xe5930004] ldr r0,[r3,#4] /*相应的参数传递给r0*/
　　2070b18c[0xe1a0e00f] mov r14,pc
　　2070b190[0xe1a0f00a] mov pc,r10 /* r10=0x207064b0，跳转到debug口中断处理函数处执行*/
　　0x21ffbef8(中断向量表基址)处的情况是：
　　21ffbef8[0x2070b434] dcd 0x2070b434 4.p
　　21ffbefc[0x00000000] dcd 0x00000000....
　　21ffbf00[0x207064b0] dcd 0x207064b0.dp
　　21ffbf04[0x207a9990] dcd 0x207a9990..z
　　21ffbf08[0x2070b434] dcd 0x2070b434 4.p
　　21ffbf0c[0x00000002] dcd 0x00000002....
　　21ffbf10[0x2070b434] dcd 0x2070b434 4.P
　　21ffbf14[0x00000003] dcd 0x00000003....
　　21ffbf18[0x2070b434] dcd 0x2070b434 4.P
　　21ffbf1c[0x00000004] dcd 0x00000004....

5 结语

　　Vxworks操作系统首先调用excVecInit()生成一个异常中断向量表excEnterTbl，当有IRQ中断发生时，根据 excEnterTbl中0x00000018处的指令ldr pc,[pc,#244]跳转到0x00000114处，即IRQ异常中断的入口处intEnt执行，随后通过读AIC_IVR寄存器得到当前优先级最高的中断，返回这个中断号，并跳转到intConnect()函数给该中断号关联的中断处理程序入口去执行。在这个过程中，中断向量表的生成是 Vxworks动态分配的，在AT91RM9200中，为0到31号中断源在中断向量表中都分配了空间，该空间的格式固定。中断处理结束后，通过往 AIC_EIOC寄存器中写任意值，从中断中返回。