S3C4480X平台上μC／OS-Ⅱ的中断系统设计 02 处理器, 程序, 用户

samwalton

与IRQ中断相比，FIQ中断处理过程比较简单，当发生FIQ中断时，处理器会执行地址0x20处的跳转指令直接转到具体的中断服务程序。

        3．2 arm处理器运行模式
   
        arm处理器有7种运行模式：用户模式(USR)、系统模式(SYS)、管理模式(SVC)、中止模式(ABT)、未定义模式(UND)、普通中断模式(IRQ)和快速中断模式(FIQ)。处理器在不同的情况下处于不同的模式中。在中断系统的设计中，主要涉及SVC、UND、IRQ和FIQ四种模式。
   
        在arm处理器中，SVC模式通常是操作系统内核代码的运行模式，μC／OS-II内核中主要代码在SVC模式下运行，系统任务代码运行在SVC模式下。
   
         IRQ／FIQ模式是在发生IRQ／FIQ中断后处理器强制进入的模式，用于中断处理。arm处理器在发生IRQ／FIQ中断时自动改写IRQ／FIQ模式中的LR寄存器，LR保存被中断模式的返回地址(进入中断前的PC值)，以便中断退出时能够正确返回到被中断模式；同时，LR也是每个模式下函数调用的返回地址寄存器。也就是说，LR寄存器具有保存函数返回地址和中断返回地址两种功能，LR的双重功能在中断嵌套程序设计中会发生冲突。
   
        如果用IRQ／FIQ模式嵌套中断自身，则本模式的LR被改写后，本模式下原有的函数返回地址就无法还原。因此，应该在关闭中断的条件下，在IRQ／FIQ模式中进行基本的环境保护后，将中断服务程序切换到SYS模式下运行。这种处理方式能够保证产生中断嵌套时，被中断的模式是SYS模式而不是IRQ／FIQ模式自身，IRQ／FIQ模式中的LR保存着回到SYS模式的返回地址，SYS模式中的LR未被破坏，保存着函数返回地址。在移植中使用UND模式替代SYS模式作为中断服务的运行模式，这样可以实现中断嵌套的功能。

        3．3 中断嵌套方式
   
        嵌套应该采用半嵌套方式，并不需要完全嵌套方式。“半嵌套”是指不同设备中断之间可以嵌套，但是同一设备中断不能嵌套。这样设计既照顾了系统实时性的要求，又能让系统具有更明确和稳定的行为；否则，如果开发完全嵌套，中断服务的堆栈空间就存在不确定性，甚至中断响应时间上限也存在不确定性，这些显然不能满足嵌入式实时系统的需求。
   
        通过设置CPSR寄存器的中断屏蔽位F／I来屏蔽系统的中断，这样的保护称为“硬保护”；通过设置中断屏蔽寄存器中的相应位以屏蔽某一具体的中断，这样的保护称为“设备保护”。要实现半嵌套方式，需要在中断进入和退出时，在适当的时候进行两种保护方式的切换：
   
        ①在进入设备保护后还没有读取数据时退出硬保护。
        ②在即将退出ISR，使能设备中断位之前，再次恢复系统的硬保护。
   
        具体的实现过程如图4所示。

        3．4 IRQ中断设计
   
        IRQ中断处理过程中涉及中断环境保护、处理器运行模式切换和中断环境恢复等过程。中断处理过程如下：
   
        中断入口条件：IRQ中断屏蔽，LR是被中断模式的PC值，SPSR是被中断模式的当前处理器状态值，SP是IRQ模式的当前堆栈指针值。
   
        ①在IRQ模式下保存环境。
        ②判断是否为第一层中断，如果不是程序跳转到④。
        ③设置中断嵌套层数变量OSIntNesting值为1，切换到SVC模式以便将IRQ模式堆栈中保存的中断环境保存到任务堆栈中，当前任务SP指针保存到任务控制块中；然后切换到UND模式准备执行中断服务程序ISR，程序跳转到⑤。
       ④中断嵌套层数变量OSIntNesting加1，切换到UND模式，将保存在IRQ模式下的任务环境拷贝到ISR的堆栈中，即UND模式堆栈中。
      ⑤调用IRQ中断处理函数，执行中断服务程序。
      ⑥中断结束处理。屏蔽中断，递减中断嵌套计数，判断是否为最后一层。如果不是，继续执行中断服务；