ARM中断处理的安全性与高效性研究（2） 安全性, 示意图, 程序

yuyang911220

下面假设任务切换是在SVC模式中运行的。结合上面的分析，可以有图3所示的保存任务切换的示意图(虚线是压栈保存，实线是弹栈恢复；LR_Frame和SPSR_Frame是变量区)。
    结合图3任务切换中断处理中的步骤，可以用汇编语言写出相对应的中断处理程序：

  
4 可重入性中断
     如果希望在处理中断时仍能响应其他中断请求以此来缩短中断延时，就必须设计可重人性中断。可重入性中断是处理多个中断的一种方法，但它也同时带来新的问题。在IRQ中断模式中，如果直接重新允许了IRQ中断，此时因为执行一条BL指令而将子程序返回的地址保存在LR_irq中，而在此间中断发生了。新来的中断会将其返回地址装入LR_irq中，此时旧中断子程序的返回地址必将被覆盖从而导致系统紊乱。此种情形是无法通过将LR_irq压栈来解决的，如程序语句：

    但是仍不能排除在保存LR之前中断发生的可能性。要解决上述LR_irq被破坏的问题，就必须切换处理器的模式，常见的是切换到SVC处理模式。在SVC模式中，通过BL调用子程序时会将返回地址保存在LR_SVC之中。此时新中断发生(因为它会将返回地址保存到LR_irq而不是LR_SVC)，不会破坏旧中断中子程序返回地址了。有了基于上述的原理分析再来编写可重入性中断的代码就思路清晰了。但是为了保证处理的高效性，尽可能地及早允许中断以缩短延时，在保存完LR_irq和SPSR_irq后，就马上切换到SVC模式中并重新允许中断，如图4所示(虚线是压栈保存，实线是弹栈恢复)。
                              
    结合图4中的处理步骤，可以比较清晰地写出可重入中断处理的汇编语言程序：
   
5 基于优先级的可重入中断
    在上面的可重人中断中可能发生这种情形，某高优先级中断在中断服务程序中因为重新允许了中断请求而被另一低优先级中断所打断，于是高优先级中断不得不等到低优先级中断完毕后方可继续运行。这样一来，高优先级中断服务的延迟将更加增大。
为了减少上述高优先级中断的延迟，特别引入了基于优先级的可重人性中断。它的原则是：在中断服务程序中只允许高于本中断的其他中断源予以请求中断，因此一个高优先级的中断将比一个低优先级的中断优先得到服务，这是大多数嵌入式系统中所必需的。采取的方法是，当某优先级中断发生时，在其中断处理程序中可以使用屏蔽位将低于或等于该优先级的中断予以屏蔽。特别需要注意的是，在退出本中断时要恢复原中断寄存器的值。在此假设有这样几个中断寄存器(其实ARM的很多处理器都有此类的中断控制寄存器)：IRQMask，中断源屏蔽寄存器；IRQStatus，中断标志寄存器；IRQClear，清除中断标志寄存器。同时假设中断的优先级是从高位(bit31)到低位(bitO)递减的，那么首先可以预定义如下的屏蔽变量值：



    本程序的上下文保存与可重人中断处理基本相同。增加的部分在于中断屏蔽码的查询与设置，相应的处理步骤可以参考图4。

结 语
    本文重点研究了ARM处理器在多种中断处理中上下文保存的安全与高效性，结合处理器结构图和程序代码分析了各种中断的处理方案。对ARM处理器具有通用价值而不受不同厂商硬件的局限。
    文中涉及的程序源代码都在ADSl．2开发环境和SEP4020开发评估板上测试过。实验证明此中断处理技术是安全高效的。