文章详情

短信预约-IT技能 免费直播动态提醒

请输入下面的图形验证码

提交验证

短信预约提醒成功

鸿蒙轻内核M核源码分析系列四中断Hwi

2024-12-03 05:34

关注

想了解更多内容,请访问:

51CTO和华为官方合作共建的鸿蒙技术社区

https://harmonyos.51cto.com

鸿蒙轻内核M核源码分析系列五 中断Hwi

在鸿蒙轻内核源码分析系列前几篇文章中,剖析了重要的数据结构。本文,我们讲述一下中断,会给读者介绍中断的概念,鸿蒙轻内核的中断模块的源代码。

1、中断概念介绍

中断是指出现需要时,CPU暂停执行当前程序,转而执行新程序的过程。当外设需要CPU时,将通过产生中断信号使CPU立即中断当前任务来响应中断请求。在剖析中断源代码之前,下面介绍些中断相关的硬件、中断相关的概念。

1.1 中断相关的硬件介绍

与中断相关的硬件可以划分为三类:设备、中断控制器、CPU本身。

发起中断的源,当设备需要请求CPU时,产生一个中断信号,该信号连接至中断控制器。

中断控制器是CPU众多外设中的一个,它一方面接收其它外设中断引脚的输入。另一方面,它会发出中断信号给CPU。可以通过对中断控制器编程来打开和关闭中断源、设置中断源的优先级和触发方式。

CPU会响应中断源的请求,中断当前正在执行的任务,转而执行中断处理程序。

1.2 中断相关的概念

每个中断请求信号都会有特定的标志,使得计算机能够判断是哪个设备提出的中断请求,这个标志就是中断号。

为使系统能够及时响应并处理所有中断,系统根据中断时间的重要性和紧迫程度,将中断源分为若干个级别,称作中断优先级。

当外设产生中断请求后,CPU暂停当前的任务,转而响应中断申请,即执行中断处理程序。产生中断的每个设备都有相应的中断处理程序。

中断服务程序的入口地址。

存储中断向量的存储区,中断向量与中断号对应,中断向量在中断向量表中按照中断号顺序存储。

当外设较少时,可以实现一个外设对应一个中断号,但为了支持更多的硬件设备,可以让多个设备共享一个中断号,共享同一个中断号的中断处理程序形成一个链表。当外部设备产生中断申请时,系统会遍历中断号对应的中断处理程序链表,直到找到对应设备的中断处理程序。在遍历执行过程中,各中断处理程序可以通过检测设备ID,判断是否是这个中断处理程序对应的设备产生的中断。

接下来,我们再看看鸿蒙轻内核中断源代码。

2、鸿蒙轻内核中断源代码

2.1 中断相关的声明和定义

在文件kernel\arch\arm\cortex-m7\gcc\los_interrupt.c中定义了一些结构体、全局变量、内联函数,在分析源码之前,我们先看下这些定义和声明。全部变量g_intCount表示正在处理的中断数量,每次进入中断处理程序时,都会把该变量数值加1,完成中断处理退出时,该数值减1。对应的内联函数HalIsIntActive()用于获取是否正在处理中断,返回值大于0,则表示正在处理中断。

  1. UINT32 g_intCount = 0; 
  2.  
  3. inline UINT32 HalIsIntActive(VOID) 
  4.     return (g_intCount > 0); 

 我们在再看看中断向量表定义。⑴处代码为系统支持的中断定义了数组g_hwiForm[OS_VECTOR_CNT],对于每一个中断号hwiNum,对应的数组元素g_hwiForm[hwiNum]表示每一个中断对应的中断处理执行入口程序。⑵处的宏OS_HWI_WITH_ARG表示中断处理程序是否支持参数传入,默认关闭。如果支持传参,定义⑶处的结构体HWI_HANDLER_FUNC来维护中断处理函数及其参数,还需要定义⑷处g_hwiHandlerForm数组。如果不支持传参,使用⑹处定义的g_hwiHandlerForm数组。对于每一个中断号hwiNum,对应的数组元素g_hwiHandlerForm[hwiNum]表示每一个中断对应的中断处理程序。⑸、⑺处定义个函数OsSetVector()用于设置指定中断号对应的中断处理执行入口程序和中断处理程序。中断处理执行入口程序和中断处理程序的关系是,当中断发生时,会执行中断处理执行入口程序,这个函数会进一步调用中断处理程序。

  1. ⑴  STATIC HWI_PROC_FUNC __attribute__((aligned(0x100))) g_hwiForm[OS_VECTOR_CNT] = {0}; 
  2.  
  3. ⑵  #if (OS_HWI_WITH_ARG == 1) 
  4.  
  5. ⑶  typedef struct { 
  6.         HWI_PROC_FUNC pfnHandler; 
  7.         VOID *pParm; 
  8.     } HWI_HANDLER_FUNC; 
  9.  
  10. ⑷  STATIC HWI_HANDLER_FUNC g_hwiHandlerForm[OS_VECTOR_CNT] = {{ (HWI_PROC_FUNC)0, (HWI_ARG_T)0 }}; 
  11.  
  12.  
  13. ⑸  VOID OsSetVector(UINT32 num, HWI_PROC_FUNC vector, VOID *arg) 
  14.     { 
  15.         if ((num + OS_SYS_VECTOR_CNT) < OS_VECTOR_CNT) { 
  16.             g_hwiForm[num + OS_SYS_VECTOR_CNT] = (HWI_PROC_FUNC)HalInterrupt; 
  17.             g_hwiHandlerForm[num + OS_SYS_VECTOR_CNT].pfnHandler = vector; 
  18.             g_hwiHandlerForm[num + OS_SYS_VECTOR_CNT].pParm = arg; 
  19.         } 
  20.     } 
  21.  
  22.     #else 
  23.  
  24. ⑹  STATIC HWI_PROC_FUNC g_hwiHandlerForm[OS_VECTOR_CNT] = {0}; 
  25.  
  26. ⑺   VOID OsSetVector(UINT32 num, HWI_PROC_FUNC vector) 
  27.     { 
  28.         if ((num + OS_SYS_VECTOR_CNT) < OS_VECTOR_CNT) { 
  29.             g_hwiForm[num + OS_SYS_VECTOR_CNT] = HalInterrupt; 
  30.             g_hwiHandlerForm[num + OS_SYS_VECTOR_CNT] = vector; 
  31.         } 
  32.     } 
  33.     #endif 

 2.2 中断初始化HalHwiInit()

在系统启动时,在kernel\src\los_init.c中调用HalArchInit()进行中断初始化。这个函数定义在kernel\arch\arm\cortex-m7\gcc\los_context.c,然后进一步调用定义在kernel\arch\arm\cortex-m7\gcc\los_interrupt.c文件中HalHwiInit()函数完成中断向量初始化。我们分析下代码。

宏LOSCFG_USE_SYSTEM_DEFINED_INTERRUPT表示是否使用系统预定义的向量基地址和中断处理程序,默认开启。⑴处开始,中断向量表的0号中断设置为空,1号中断对应复位处理程序Reset_Handler。⑵处把其余的中断设置为默认的中断处理执行入口程序HalHwiDefaultHandler()。⑶处设置系统中断(异常是中断的一种,系统中断也称为异常),系统中断的执行入口函数定义在kernel\arch\arm\cortex-m7\gcc\los_exc.S,使用汇编语言实现。系统中断中,14号中断对应HalPendSV处理程序,用于任务上下文切换,15号中断是tick中断。

执行⑷处代码把中断向量表赋值给SCB->VTOR。对于Cortex-M3及以上的CPU核,还需要执行⑸设置优先级组。⑹处代码使能指定的异常。

  1. LITE_OS_SEC_TEXT_INIT VOID HalHwiInit() 
  2. #if (LOSCFG_USE_SYSTEM_DEFINED_INTERRUPT == 1) 
  3.     UINT32 index
  4. ⑴  g_hwiForm[0] = 0;              
  5.     g_hwiForm[1] = Reset_Handler;  
  6. ⑵  for (index = 2; index < OS_VECTOR_CNT; index++) {  
  7.         g_hwiForm[index] = (HWI_PROC_FUNC)HalHwiDefaultHandler; 
  8.     } 
  9.      
  10. ⑶  g_hwiForm[NonMaskableInt_IRQn + OS_SYS_VECTOR_CNT]   = HalExcNMI; 
  11.     g_hwiForm[HARDFAULT_IRQN + OS_SYS_VECTOR_CNT]        = HalExcHardFault; 
  12.     g_hwiForm[MemoryManagement_IRQn + OS_SYS_VECTOR_CNT] = HalExcMemFault; 
  13.     g_hwiForm[BusFault_IRQn + OS_SYS_VECTOR_CNT]         = HalExcBusFault; 
  14.     g_hwiForm[UsageFault_IRQn + OS_SYS_VECTOR_CNT]       = HalExcUsageFault; 
  15.     g_hwiForm[SVCall_IRQn + OS_SYS_VECTOR_CNT]           = HalExcSvcCall; 
  16.     g_hwiForm[PendSV_IRQn + OS_SYS_VECTOR_CNT]           = HalPendSV; 
  17.     g_hwiForm[SysTick_IRQn + OS_SYS_VECTOR_CNT]          = SysTick_Handler; 
  18.  
  19.      
  20. ⑷  SCB->VTOR = (UINT32)(UINTPTR)g_hwiForm; 
  21. #endif 
  22. #if (__CORTEX_M >= 0x03U)  
  23. ⑸   NVIC_SetPriorityGrouping(OS_NVIC_AIRCR_PRIGROUP); 
  24. #endif 
  25.  
  26.      
  27. ⑹   *(volatile UINT32 *)OS_NVIC_SHCSR |= (USGFAULT | BUSFAULT | MEMFAULT); 
  28.      
  29.     *(volatile UINT32 *)OS_NVIC_CCR |= DIV0FAULT; 
  30.  
  31.     return

 2.3 创建中断UINT32 HalHwiCreate()

开发者可以调用函数UINT32 HalHwiCreate()创建中断,注册中断处理程序。我们先看看这个函数的参数,HWI_HANDLE_T hwiNum是硬件中断号,HWI_PRIOR_T hwiPrio中断的优先级,HWI_MODE_T mode中断模式,保留暂时没有使用。HWI_PROC_FUNC handler是需要注册的中断处理程序,中断被触发后会调用这个函数。HWI_ARG_T arg是中断处理程序的参数。

一起剖析下这个函数的源代码,⑴处代码开始,对入参进行校验,中断处理程序不能为空,中断号不能大于支持的最大中断号,中断优先级不能超过指定优先级的大小。如果待创建的中断号对应的中断执行入口程序不等于HalHwiDefaultHandler,说明已经创建过,返回错误码。关中断,然后执行⑵处的OsSetVector()函数设置指定中断号的中断处理程序。⑶处调用CMSIS函数使能中断、设置中断的优先级,打开中断,完成中断的创建。

  1. LITE_OS_SEC_TEXT_INIT UINT32 HalHwiCreate(HWI_HANDLE_T hwiNum, 
  2.                                           HWI_PRIOR_T hwiPrio, 
  3.                                           HWI_MODE_T mode, 
  4.                                           HWI_PROC_FUNC handler, 
  5.                                           HWI_ARG_T arg) 
  6.     UINTPTR intSave; 
  7.  
  8. ⑴  if (handler == NULL) { 
  9.         return OS_ERRNO_HWI_PROC_FUNC_NULL; 
  10.     } 
  11.  
  12.     if (hwiNum >= OS_HWI_MAX_NUM) { 
  13.         return OS_ERRNO_HWI_NUM_INVALID; 
  14.     } 
  15.  
  16.     if (g_hwiForm[hwiNum + OS_SYS_VECTOR_CNT] != (HWI_PROC_FUNC)HalHwiDefaultHandler) { 
  17.         return OS_ERRNO_HWI_ALREADY_CREATED; 
  18.     } 
  19.  
  20.     if (hwiPrio > OS_HWI_PRIO_LOWEST) { 
  21.         return OS_ERRNO_HWI_PRIO_INVALID; 
  22.     } 
  23.  
  24.     intSave = LOS_IntLock(); 
  25. #if (OS_HWI_WITH_ARG == 1) 
  26.     OsSetVector(hwiNum, handler, arg); 
  27. #else 
  28. ⑵   OsSetVector(hwiNum, handler); 
  29. #endif 
  30. ⑶  NVIC_EnableIRQ((IRQn_Type)hwiNum); 
  31.     NVIC_SetPriority((IRQn_Type)hwiNum, hwiPrio); 
  32.  
  33.     LOS_IntRestore(intSave); 
  34.  
  35.     return LOS_OK; 

 2.4 删除中断UINT32 HalHwiDelete()

中断删除操作是创建操作的反向操作,也比较好理解。开发者可以调用函数UINT32 HalHwiDelete(HWI_HANDLE_T hwiNum)来删除中断。函数需要指定中断号参数HWI_HANDLE_T hwiNum。一起剖析下这个函数的源代码,⑴处代码对入参进行校验,不能大于支持的最大中断号。⑵处调用CMSIS函数来失能中断,然后锁中断,执行⑶把中断向量表指定中断号的中断执行入口程序设置为默认程序HalHwiDefaultHandler。

  1. LITE_OS_SEC_TEXT_INIT UINT32 HalHwiDelete(HWI_HANDLE_T hwiNum) 
  2.     UINT32 intSave; 
  3.  
  4. ⑴  if (hwiNum >= OS_HWI_MAX_NUM) { 
  5.         return OS_ERRNO_HWI_NUM_INVALID; 
  6.     } 
  7.  
  8. ⑵  NVIC_DisableIRQ((IRQn_Type)hwiNum); 
  9.  
  10.     intSave = LOS_IntLock(); 
  11.  
  12. ⑶  g_hwiForm[hwiNum + OS_SYS_VECTOR_CNT] = (HWI_PROC_FUNC)HalHwiDefaultHandler; 
  13.  
  14.     LOS_IntRestore(intSave); 
  15.  
  16.     return LOS_OK; 

 2.5 中断处理执行入口程序

我们再来看看中断处理执行入口程序。默认的函数HalHwiDefaultHandler()如下,调用函数HalIntNumGet()获取中断号,打印输出,然后进行死循环。其中函数HalIntNumGet()读取寄存器ipsr来获取触发的中断的中断号。

  1. LITE_OS_SEC_TEXT_MINOR VOID HalHwiDefaultHandler(VOID) 
  2.     UINT32 irqNum = HalIntNumGet(); 
  3.     PRINT_ERR("%s irqNum:%d\n", __FUNCTION__, irqNum); 
  4.     while (1) {} 

 继续来看中断处理执行入口程序HalInterrupt(),源码如下。

⑴处把全局变量g_intCount表示的正在处理的中断数量加1,在中断执行完毕后,在⑹处再把正在处理的中断数量减1。⑵处调用函数HalIntNumGet()获取中断号,⑶、⑸处调用的函数HalPreInterruptHandler(),HalAftInterruptHandler()在执行中断处理程序前、后可以处理些其他操作,当前默认为空函数。⑷处根据中断号从中断处理程序数组中获取中断处理程序,不为空就调用执行。

  1. LITE_OS_SEC_TEXT VOID HalInterrupt(VOID) 
  2.     UINT32 hwiIndex; 
  3.     UINT32 intSave; 
  4.  
  5. #if (LOSCFG_KERNEL_RUNSTOP == 1) 
  6.     SCB->SCR &= (UINT32) ~((UINT32)SCB_SCR_SLEEPDEEP_Msk); 
  7. #endif 
  8.  
  9.     intSave = LOS_IntLock(); 
  10.  
  11. ⑴  g_intCount++; 
  12.  
  13.     LOS_IntRestore(intSave); 
  14.  
  15. ⑵  hwiIndex = HalIntNumGet(); 
  16.  
  17.     OsHookCall(LOS_HOOK_TYPE_ISR_ENTER, hwiIndex); 
  18.  
  19. ⑶  HalPreInterruptHandler(hwiIndex); 
  20.  
  21. #if (OS_HWI_WITH_ARG == 1) 
  22.     if (g_hwiHandlerForm[hwiIndex].pfnHandler != 0) { 
  23.         g_hwiHandlerForm[hwiIndex].pfnHandler((VOID *)g_hwiHandlerForm[hwiIndex].pParm); 
  24.     } 
  25. #else 
  26.     if (g_hwiHandlerForm[hwiIndex] != 0) { 
  27. ⑷      g_hwiHandlerForm[hwiIndex](); 
  28.     } 
  29. #endif 
  30.  
  31. ⑸   HalAftInterruptHandler(hwiIndex); 
  32.  
  33.     OsHookCall(LOS_HOOK_TYPE_ISR_EXIT, hwiIndex); 
  34.  
  35.     intSave = LOS_IntLock(); 
  36. ⑹  g_intCount--; 
  37.     LOS_IntRestore(intSave); 

 3、开关中断

最后,分享下开、关中断的相关知识,开、关中断分别指的是:

执行完毕特定的短暂的程序,打开中断,可以响应中断。

为了保护执行的程序不被打断,关闭相应外部的中断。

对应的开、关中断的函数定义在文件kernel\arch\include\los_context.h中,代码如下。⑴处的UINT32 LOS_IntLock(VOID)会关闭中断,暂停响应中断。⑵处的函数VOID LOS_IntRestore(UINT32 intSave)可以用来恢复UINT32 LOS_IntLock(VOID)函数关闭的中断,UINT32 LOS_IntLock(VOID)的返回值作为VOID LOS_IntRestore(UINT32 intSave)的参数进行恢复中断。⑶处的函数UINT32 LOS_IntUnLock(VOID)会使能中断,可以响应中断。

  1. UINTPTR HalIntLock(VOID); 
  2. define LOS_IntLock HalIntLock 
  3.  
  4. VOID HalIntRestore(UINTPTR intSave); 
  5. define LOS_IntRestore HalIntRestore 
  6.  
  7. UINTPTR HalIntUnLock(VOID); 
  8. define LOS_IntUnLock HalIntUnLock 

 可以看出,LOS_IntLock、LOS_IntRestore和LOS_IntUnLock是定义的宏,他们对应定义在文件kernel\arch\arm\cortex-m7\gcc\los_dispatch.S中的汇编函数,源码如下。我们分析下这些汇编函数。寄存器PRIMASK是单一bit位的寄存器,置为1后,就关掉所有可屏蔽异常,只剩下NMI和硬故障HardFault异常可以响应。默认值是0,表示没有关闭中断。汇编指令CPSID I会设置PRIMASK=1,关闭中断,指令CPSIE I设置PRIMASK=0,开启中断。

⑴处HalIntLock函数把寄存器PRIMASK数值写入寄存器R0返回,并执行CPSID I关闭中断。⑵处HalIntUnLock函数把寄存器PRIMASK数值写入寄存器R0返回,并执行指令CPSIE I开启中断。两个函数的返回结果可以传递给⑶处HalIntRestore函数,把寄存器状态数值写入寄存器PRIMASK,用于恢复之前的中断状态。不管是HalIntLock还是HalIntUnLock,都可以和ArchIntRestore配对使用。

  1.    .type HalIntLock, %function 
  2.     .global HalIntLock 
  3. HalIntLock: 
  4.     .fnstart 
  5.     .cantunwind 
  6.  
  7. ⑴  MRS R0, PRIMASK 
  8.     CPSID I 
  9.     BX LR 
  10.     .fnend 
  11.  
  12.     .type HalIntUnLock, %function 
  13.     .global HalIntUnLock 
  14. HalIntUnLock: 
  15.     .fnstart 
  16.     .cantunwind 
  17.  
  18. ⑵  MRS R0, PRIMASK 
  19.     CPSIE I 
  20.     BX LR 
  21.     .fnend 
  22.  
  23.     .type HalIntRestore, %function 
  24.     .global HalIntRestore 
  25. HalIntRestore: 
  26.     .fnstart 
  27.     .cantunwind 
  28.  
  29. ⑶  MSR PRIMASK, R0 
  30.     BX LR 
  31.     .fnend 

 小结

本文带领大家一起剖析了鸿蒙轻内核的中断模块的源代码,掌握中断相关的概念,中断初始化操作,中断创建、删除,开关中断操作等。

想了解更多内容,请访问:

51CTO和华为官方合作共建的鸿蒙技术社区

https://harmonyos.51cto.com

 

来源:鸿蒙社区内容投诉

免责声明:

① 本站未注明“稿件来源”的信息均来自网络整理。其文字、图片和音视频稿件的所属权归原作者所有。本站收集整理出于非商业性的教育和科研之目的,并不意味着本站赞同其观点或证实其内容的真实性。仅作为临时的测试数据,供内部测试之用。本站并未授权任何人以任何方式主动获取本站任何信息。

② 本站未注明“稿件来源”的临时测试数据将在测试完成后最终做删除处理。有问题或投稿请发送至: 邮箱/279061341@qq.com QQ/279061341

软考中级精品资料免费领

  • 历年真题答案解析
  • 备考技巧名师总结
  • 高频考点精准押题
  • 2024年上半年信息系统项目管理师第二批次真题及答案解析(完整版)

    难度     813人已做
    查看
  • 【考后总结】2024年5月26日信息系统项目管理师第2批次考情分析

    难度     354人已做
    查看
  • 【考后总结】2024年5月25日信息系统项目管理师第1批次考情分析

    难度     318人已做
    查看
  • 2024年上半年软考高项第一、二批次真题考点汇总(完整版)

    难度     435人已做
    查看
  • 2024年上半年系统架构设计师考试综合知识真题

    难度     224人已做
    查看

相关文章

发现更多好内容

猜你喜欢

AI推送时光机
位置:首页-资讯-后端开发
咦!没有更多了?去看看其它编程学习网 内容吧
首页课程
资料下载
问答资讯