vxWorks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AICAT91RM9200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,pc2070b190[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.p21ffbefc[0x00000000] dcd 0x00000000....21ffbf00[0x207064b0] dcd 0x207064b0.dp21ffbf04[0x207a9990] dcd 0x207a9990..z21ffbf08[0x2070b434] dcd 0x2070b434 4.p21ffbf0c[0x00000002] dcd 0x00000002....21ffbf10[0x2070b434] dcd 0x2070b434 4.P21ffbf14[0x00000003] dcd 0x00000003....21ffbf18[0x2070b434] dcd 0x2070b434 4.P21ffbf1c[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。

点灯调试S3C44B0 vxworks BSP1. romInit的调试方法：/*************点亮0号端口的LED，验证内存配置是否成功*******************/LDR r1, L$_PCONCLDR r2, L$_PCONC_VALUESTR r2, [r1]LDR r1, L$_PUPCLDR r2, L$_PUPC_VALUESTR r2, [r1]LDR r1, L$_PDATCLDR r2, L$_PDATC_LED0STR r2, [r1]B . /*为了防止后面语句的影响，用该语句进行无限循环，使用ADS进行内存访问*//*****************************************************************************/2. C函数的调试方法#define IOPDATA (*(volatile unsigned *)(0x1d20014))IOPDATA = 0xFFF8;while(1);/***************** 代码运行到此函数，2004－10－10，9：39 ******************/3. 中断处理函数的调试方法:验证时钟中断服务程序是否工作正常void sysClkInt (void){if(intTimers == 0){IOPDATA = 0xFFF2; /*点亮LED1*/intTimers = 1;}else{IOPDATA = 0xFFF1; /* 熄灭LED1 */intTimers = 1;}if (sysClkRoutine != NULL)(* sysClkRoutine) (sysClkArg);}关于xworks中断的处理函数实现：STATUS intEnable ( int level /* level to be enabled */ ){return (*sysIntLvlEnableRtn) (level); /*在自己的BSP中实现*/ }STATUS intDisable( int level /* level to be disabled */ ){return (*sysIntLvlDisableRtn) (level);}STATUS intConnect(VOIDFUNCPTR* vector, /* vector id */VOIDFUNCPTR routine, /* interrupt service routine */int argument /* argument for isr */){int vecNum;VEC_ENTRY *pVec;if (intVecTable == NULL)return ERROR; /* library not initialized */vecNum = IVEC_TO_INUM (vector);/* check vector specified is in range allocated */if (vecNum < 0 || vecNum >= intNumVectors)return ERROR;pVec = &intVecTable[vecNum];if (routine == NULL){routine = intUninitVec;argument = vecNum;}pVec->routine = routine;pVec->arg = argument;return OK;}STATUS intLibInit(int numLevels, /* number of levels */int numVectors, /* number of vectors */int mode /* type of interrupt handling */){int i;if (intVecTable == NULL){/* Allocate and initialize the vector table */intVecTable = malloc (numVectors * sizeof (VEC_ENTRY));if (intVecTable != NULL){intNumVectors = numVectors;/* initialize table with uninitialized vec handler */for (i = 0; i < numVectors; i++){intConnect (INUM_TO_IVEC(i), NULL, 0);}/* connect architecture interrupt exception */if (mode & INT_PREEMPT_MODEL)EXC_CONNECT_INTR_RTN (intIntRtnPreempt);elseEXC_CONNECT_INTR_RTN (intIntRtnNonPreempt);return OK;}return ERROR; /* malloc failure */}return OK; /* already initialized */}STATUS excVecInit (void){FAST int i;/* initialise ARM exception mode registers */armInitExceptionModes ();/* initialise hardware exception vectors */for (i = 0; i < NUM_EXC_VECS; ++i){/** Each vector contains a LDR PC,[PC,#offset] instruction to* load the PC from a table of addresses stored at* EXC_VEC_TABLE_BASE. This allows full 32 bit addressing rather* than 12 bit (MOV #) or 24 bit (B).*/*(UINT32 *)excEnterTbl[i].vecAddr = 0xE59FF000 |(EXC_VEC_TABLE_BASE - 8 - FIRST_VECTOR);*(VOIDFUNCPTR *)(excEnterTbl[i].vecAddr + EXC_VEC_TABLE_BASE - FIRST_VECTOR) = excEnterTbl[i].fn;}/** Branch through zero has to be handled differently if it is* possible for address 0 to be be branched to in ARM and Thumb* states (no LDR pc,[pc,#n] in Thumb state). The following* instruction, installed at address 0, will cause an undefined* instruction exception in both ARM and Thumb states.*/*(UINT32 *)EXC_OFF_RESET = 0xE7FDDEFE;/* now sort out the instruction cache to reflect the changes */CACHE_TEXT_UPDATE(EXC_OFF_RESET, EXC_OFF_IRQ + 4);/* install default IRQ handler */_func_armIrqHandler = excIntHandle;return OK;}中断的调试：1．验证romInit.s能否捕获中断，中断控制器能否正确产生中断，在romInit.s的IRQ中断处理入口处点灯：_romIRQ:SUB sp, sp, #4STMFD sp!, {r1}/******点亮1号端口的LED，验证是否捕获到中断**************************************/ LDR r1, L$_PDATCLDR r2, L$_PDATC_LED0STR r2, [r1]/****************************************************************************************/LDR r1, L$_IRQVecLDR r1, [r1]STR r1, [sp, #4]LDMFD sp!, {r1, pc}为了验证中断发生时，是否可以跳转到intEnter中处理，写了如下测试代码替代intEnter: void sysKeyInt(void){FS44B0XIntLvlVecAck(21,21);if(IOPDATA&(0x08) != 0x08)IOPDATA = 0xFFF8; /*点亮LED*/elseIOPDATA = 0xFFF1; /* 熄灭LED */}void FS44B0XExcVecSet(void){int i;i=(int)&excEnterUndef;*(volatile int *)(S3C_EXE_BASE+0x0) = i;i=(int)&excEnterSwi;*(volatile int *)(S3C_EXE_BASE+0x4) = i;i=(int)&excEnterPrefetchAbort;*(volatile int *)(S3C_EXE_BASE+0x8) = i;i=(int)&excEnterDataAbort;*(volatile int *)(S3C_EXE_BASE+0xC) = i;i=(int)&sysKeyInt; /* intEnt; */*(volatile int *)(S3C_EXE_BASE+0x14) = i;return;}为了验证intEnter函数是否被执行，添加如下调试代码：STATUS FS44B0XIntLvlVecChk(int* pLevel, /* ptr to receive old interrupt level */int* pVector /* ptr to receive current interrupt vector */){int newLevel;int intPendMask = 0x2000000; /*0～26位为正常中断，27位保留*/int count;UINT32 isr;int i;for(i=0;i<5;i++){Delay(2000);Led_DisplayOn(0x01); /* VPINT(FS44B0X_PDATC)= 0xFFF2; 点亮第1盏灯*/Delay(2000);Led_DisplayOn(0x02); /* VPINT(FS44B0X_PDATC)= 0xFFF4; */}Led_DisplayOn(0x02);/* Read pending interrupt register and mask undefined bits */FS44B0X_INT_REG_READ (FS44B0X_INT_PEND, newLevel);/** Step through the bits looking for a 1. This *will* terminate.* We could use ffsLsb() for this if we don't mind the function call* overhead*/for (count = 0, isr = 25; count < FS44B0X_INT_NUM_LEVELS; count++){if (intPendMask & newLevel)break;isr--;intPendMask >>= 1;}*pVector = 21;/* Acknowledge the interrupt as given in FS44B0X sample code *//* FS44B0X_INT_REG_WRITE(FS44B0X_INT_PEND,(1 << isr)); */FS44B0X_INT_REG_WRITE(FS44B0X_I_ISPC,0xFFFFFFF); /*清除IRQ_MASK中的悬挂位*/return OK;}。