真真没啥技术的我学Linux驱动 |扒一扒中断的底裤
- 2026-02-06 16:39:25
真真没啥技术的我学Linux驱动 |扒一扒中断的底裤如果没有 GIC，这场“踹门戏码”根本演不下去： 1、外设在城外撒野：不管是 GPIO 按键被按下了，还是 UART 收到货了，它们只会没头没脑地拉高一根线的电平（电平触发）或者突然抽一下风（边沿触发）。 2、GIC 暴力初筛：这时，GIC 总管冷冷地看一眼：“哟，来了 100 多个闹事的？排好队！工号 32 后SPI外戚的去西厢房，工号 31（PPI宗亲）里的贴身伺候。优先级低的往后稍稍，我没点头，谁也别想惊动圣驾。” 3、GIC 夺命连环 Call：只有被 GIC 盖了章的中断，才有资格变成一根刺，精准地扎向某个CPU核心的“痛觉神经”（IRQ/FIQ信号线）。 而看似稳重的 CPU 内核皇帝，在被扎的那一刻，也会瞬间破防： 1、把手里的活往地上一扔：CPU动作极其狼狈换脸，贴身侍卫寄存器硬件自动保存关键上下文（PC→LR，CPSR→SPSR）。 2、扭头厉声喝问总管：“谁？哪？多急？”（读取 GIC 的应答寄存器 IAR，这一读，就等于说“这事儿皇上我管了”）。 3、用最快的速度把事儿办了：根据 GIC 给出的索引，跳进对应的 ISR （中断服务程序）直扑战场。 4、再默默捡起地上的活儿：写个“老子办完了”（EOI）告诉 GIC，侍卫们自动从SPSR/LR恢复现场，CPU换回之前的面孔，和蔼的假装什么都没发生，仿佛腥风血雨只是一场梦，继续搬砖。 前情提要和人物介绍完毕，正戏开场！今天，就基于Cortex-A7内核，GIC-v2，打开上帝视角，跟随一个GPIO中断的脚步，扒了中断这身漂亮“底裤”。 看看它如何闯过GIC层层筛选的关卡，最终让CPU皇帝“狼狈换脸”……
我，一个GPIO引脚，从出生起就被编入GPIO1组，成为了第18个兵，它们都叫我GPIO1_IO18。班长说，烽火台（按键输入）就交给我看了。 怕我睡觉打瞌睡，班长就设置GPIO1->ICR2低电平触发、GPIO1->IMR开中断、注册回调函数等一系列猛如虎的操作后，再三叮嘱，还有其他一些操作我要向上备案(GIC里面中断优先级、使能操作），记住有信号就是“起狼烟”，没信号就是“平安无事”，之后就离开了。 
我就开始值班了（放心大胆睡觉了
）。 突然，我感觉被扎了一下，我一看GPIO1->ISR属于我的那一位被置1了，毫不犹豫的就点燃了烽火台，并赶紧汇报。
迷迷糊糊中，我就来到了一个叫GIC的大内总管府。只见这边一大堆人UART1、I2C2一大堆人围着叫Distributor的高个子七嘴八舌在那里吵着。”都别急，你们外来的都排好队,我看看你们都多少号？“ 
原来这里还分三六九等。 排队怎么排啊？怎么编号啊？UART说了句，”旁边有各种手册，你去看看"。说着指了指方向，翻开那又厚又重的手册，最终找到了属于自己的编号99号。 来自NXP RM参考手册 
来自Cortex-A7 Technical RM手册 
GIC中ID32-ID1019共享中断号。对于Cortex-A7来说只用了480个，厂商NXP根据自己需求再次分配，比如i.MX.6ULL只用了128个中断，32(SGI+PPI)+128 = 160...... 排好队后，我站在99号位置，UART1在58号，I2C2在69号。。。。。。 只见Distributor拿出册子，上面花花绿绿的记着各种寄存器地址和作用。看了看GICD_ISENABLER（中断使能寄存器）寄存器然后对I2C说道，"你不符合要求，没打开中断一边呆着去（原来中断不是在外设I2CR打开就行，还要在GIC总管府这里备案上）。 "GPIO1_IO18、UART1你俩过来，先给你们标记一下从lnactive打个pending，我看看你俩谁更着急"，边说边看BPR发现全是抢占优先级，又查了查GICD_IPRIORITYR寄存器位。CPU interfaces，你来把GPIO1_IO18领走，它是pending里面优先级最高。” 说着，一个小个子过来CPU interfaces，看了看GICC_PMR（优先级屏蔽寄存器），发现中断不是被屏蔽的并且抢占优先级也都符合要求，更新GICC_RPR（运行优先级寄存器），盖了个章，检查下GICC_CTLR，小声嘟囔了说CPU皇帝有的忙了（FIQ相比IRQ有额外寄存器并且异常向量表位于最后，上下文切换快,延迟低一些），就给CPU拉低了IRQ信号。
异常向量表 紧接着画面一转，来到了皇宫大殿。 端坐在朝堂上处理政务的CPU哎呦一声（侍卫CPSR令牌的I位是使能的，允许IRQ中断）停止当前事情。 贴身寄存器侍卫们立马自觉的开始忙起来，PC值放到LR_irq、CPSR放到SPSR_irq内，设置CPSR M[[4:0]位为10010。“记得给我把IRQ禁止（CPSR设置I位禁止IRQ，CPSR模式更改时候，硬件自动禁止I位），我可不想在折腾上下文的时候，又来中断篡改寄存器数据......”没等CPU皇帝说完......，IRQ异常的面孔就被换上到CPU皇帝脸上，内核自动跳转到VBAR指定的异常向量表IRQ异常响应位置执行，这一切就被硬件自动完成了。 IRQ异常响应中，CPU皇帝火急火燎的先把容易被篡改的调用者保存R0-R3、R12寄存器存到栈区(遵循AAPCS规范)，避免没法回到最初的起点。 又扭头问GIC CPU interfaces，哪个外设中断发生响应？（CPU主动读取IAR中断ID号到R0）。GIC CPU interfaces收到来自CPU的ACK立即让Distributor把GPIO1_IO18对应的中断设置为active and pending。（中断是电平触发，这里的触发指的是GICD_ICFGR设置GIC的中断触发方式，与外设电平触发两个东西。如果中断是边沿触发，需要设置为active，当再一次触发中断时，中断还未完成会由acive设置为active and pending)。 CPU皇帝为了可以在此期间不错过重要事情，能够继续响应IRQ中断。通过切换到SVC模式再执行SystemIrqHandler函数，在函数内部通过操作CPSR I位开、关IRQ中断允许IRQ再次响应。 SystemIrqHandler函数传入形参giccIar中断ID号被记录在R0中。根据中断ID号执行对应回调GPIO1_IO18_IRQHandler函数。 虽然，我感受到GPIO1_ISR属于我的位被清除了，但好像还没有到允许我走的时候。（需要软件清除，要不然中断信号会保持。另外，对应回调函数是需要在初始化的时候就要配置好）。 从SVC模式回到IRQ模式后，CPU皇帝告诉GIC CPU interfaces事办完了（把处理的中断号R0写到写EOIR寄存器）。 GIC 把GPIO1_IO18对应中断从active变为lnactive，直到此刻才告诉我，”回去继续守着吧，这里没你的事了“。说着便把UART1急火火的拉走了，我知道CPU皇帝又要被扎一下啦。 而CPU手动恢复完R0-R3、R12。侍卫们又自动的从SPSR/LR恢复现场，CPU换回之前的面孔，从下一条指令继续搬砖。（因为三级流水线，LR实际保存的是当前指令+8,LR-4刚好是被打断的下一条指令）。 “哎呦，又咋啦？“CPU皇帝疼痛的说道...... 注： 1、GIC很复杂，受限于篇幅关于GIC的分组，中断嵌套CPU interfaces处理等等未提及，具体可以参考文章末尾参考资料，精读相关手册。 2、 提个问题？GIC是怎么找到自己的基地址的？ 答案就在锦衣卫CP15那里，详细内容看对应手册。
中断在教科书里总是一副温文尔雅的模样——“优雅的异步通知”、“高效的事件响应”，但实际它是怎么实现的呢？
上一篇文章真真没啥技术的我学Linux驱动 ｜多副面孔的CPU和它的寄存器侍卫在Cortex-A7内核架构下，介绍了ARM的运行模式和核心寄存器，并在片尾以
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......
一声急报，从远处响起。。。。。。
“报——！北境有烽火骤起！”
......
'''片段，引出本篇内容。
本篇属于第一部分 万事开头难之入门篇
扒一扒中断的底裤
这是一个系列文章，系列引子在
在 i.MX.6ULL 这座城里，GPIO外设要是急眼了，它绝不会客气地敲门。但你以为它能直接冲进皇宫揪住 CPU 皇帝的领子？想多了。 在它和 CPU 之间，横着一个掌握生杀大权的“大内总管”——GIC（通用中断控制器，就跟STM32 Cortex-M中NVIC一样，只不过这个更复杂）。
）。SPIs:Shared Peripheral Interrupts,ID32-ID1019。共享中断，所有外设共享中断，如 GPIO、UART。 PPIs:Private Peripheral Interrupts,ID16-ID31。私有中断，每个Core自己的中断，如内核定时器。 SGI:Software Generated Interrupt,ID0-ID15。软件中断，由软件触发引起的中断，通过向寄存器GICD_SGIR写入数据来触发用于 CPU 间通信。
fromMCIMX6Y2.htypedef enum IRQn {/* Auxiliary constants */NotAvail_IRQn = -128, /**< Not available device specific interrupt *//* Core interrupts */Software0_IRQn = 0, /**< Cortex-A7 Software Generated Interrupt 0 */Software1_IRQn = 1, /**< Cortex-A7 Software Generated Interrupt 1 */Software2_IRQn = 2, /**< Cortex-A7 Software Generated Interrupt 2 */Software3_IRQn = 3, /**< Cortex-A7 Software Generated Interrupt 3 */Software4_IRQn = 4, /**< Cortex-A7 Software Generated Interrupt 4 */Software5_IRQn = 5, /**< Cortex-A7 Software Generated Interrupt 5 */Software6_IRQn = 6, /**< Cortex-A7 Software Generated Interrupt 6 */Software7_IRQn = 7, /**< Cortex-A7 Software Generated Interrupt 7 */Software8_IRQn = 8, /**< Cortex-A7 Software Generated Interrupt 8 */Software9_IRQn = 9, /**< Cortex-A7 Software Generated Interrupt 9 */Software10_IRQn = 10, /**< Cortex-A7 Software Generated Interrupt 10 */Software11_IRQn = 11, /**< Cortex-A7 Software Generated Interrupt 11 */Software12_IRQn = 12, /**< Cortex-A7 Software Generated Interrupt 12 */Software13_IRQn = 13, /**< Cortex-A7 Software Generated Interrupt 13 */Software14_IRQn = 14, /**< Cortex-A7 Software Generated Interrupt 14 */Software15_IRQn = 15, /**< Cortex-A7 Software Generated Interrupt 15 */VirtualMaintenance_IRQn = 25, /**< Cortex-A7 Virtual Maintenance Interrupt */HypervisorTimer_IRQn = 26, /**< Cortex-A7 Hypervisor Timer Interrupt */VirtualTimer_IRQn = 27, /**< Cortex-A7 Virtual Timer Interrupt */LegacyFastInt_IRQn = 28, /**< Cortex-A7 Legacy nFIQ signal Interrupt */SecurePhyTimer_IRQn = 29, /**< Cortex-A7 Secure Physical Timer Interrupt */NonSecurePhyTimer_IRQn = 30, /**< Cortex-A7 Non-secure Physical Timer Interrupt */LegacyIRQ_IRQn = 31, /**< Cortex-A7 Legacy nIRQ Interrupt *//* Device specific interrupts */IOMUXC_IRQn = 32, /**< General Purpose Register 1 from IOMUXC. Used to notify cores on exception condition while boot. */DAP_IRQn = 33, /**< Debug Access Port interrupt request. */SDMA_IRQn = 34, /**< SDMA interrupt request from all channels. */TSC_IRQn = 35, /**< TSC interrupt. */SNVS_IRQn = 36, /**< Logic OR of SNVS_LP and SNVS_HP interrupts. */Reserved37_IRQn = 37, /**< Reserved */.....UART1_IRQn = 58, /**< UART1 interrupt request. */UART2_IRQn = 59, /**< UART2 interrupt request. */......I2C2_IRQn = 69, /**< I2C2 interrupt request. */I2C3_IRQn = 70, /**< I2C3 interrupt request. */......GPIO1_Combined_0_15_IRQn = 98, /**< Combined interrupt indication for GPIO1 signals 0 - 15. */GPIO1_Combined_16_31_IRQn = 99, /**< Combined interrupt indication for GPIO1 signals 16 - 31. */......Reserved157_IRQn = 157, /**< Reserved */Reserved158_IRQn = 158, /**< Reserved */PMU_IRQ2_IRQn = 159 /**< Brown-out event on either core, gpu or soc regulators. */} IRQn_Type;
typedef struct{uint32_t RESERVED0[1024];__IOM uint32_t D_CTLR; /*!< Offset: 0x1000 (R/W) Distributor Control Register */__IM uint32_t D_TYPER; /*!< Offset: 0x1004 (R/ ) Interrupt Controller Type Register */__IM uint32_t D_IIDR; /*!< Offset: 0x1008 (R/ ) Distributor Implementer Identification Register */uint32_t RESERVED1[29];__IOM uint32_t D_IGROUPR[16]; /*!< Offset: 0x1080 - 0x0BC (R/W) Interrupt Group Registers */uint32_t RESERVED2[16];__IOM uint32_t D_ISENABLER[16]; /*!< Offset: 0x1100 - 0x13C (R/W) Interrupt Set-Enable Registers */uint32_t RESERVED3[16];__IOM uint32_t D_ICENABLER[16]; /*!< Offset: 0x1180 - 0x1BC (R/W) Interrupt Clear-Enable Registers */uint32_t RESERVED4[16];__IOM uint32_t D_ISPENDR[16]; /*!< Offset: 0x1200 - 0x23C (R/W) Interrupt Set-Pending Registers */uint32_t RESERVED5[16];__IOM uint32_t D_ICPENDR[16]; /*!< Offset: 0x1280 - 0x2BC (R/W) Interrupt Clear-Pending Registers */uint32_t RESERVED6[16];__IOM uint32_t D_ISACTIVER[16]; /*!< Offset: 0x1300 - 0x33C (R/W) Interrupt Set-Active Registers */uint32_t RESERVED7[16];__IOM uint32_t D_ICACTIVER[16]; /*!< Offset: 0x1380 - 0x3BC (R/W) Interrupt Clear-Active Registers */uint32_t RESERVED8[16];__IOM uint8_t D_IPRIORITYR[512]; /*!< Offset: 0x1400 - 0x5FC (R/W) Interrupt Priority Registers */uint32_t RESERVED9[128];__IOM uint8_t D_ITARGETSR[512]; /*!< Offset: 0x1800 - 0x9FC (R/W) Interrupt Targets Registers */uint32_t RESERVED10[128];__IOM uint32_t D_ICFGR[32]; /*!< Offset: 0x1C00 - 0xC7C (R/W) Interrupt configuration registers */uint32_t RESERVED11[32];__IM uint32_t D_PPISR; /*!< Offset: 0x1D00 (R/ ) Private Peripheral Interrupt Status Register */__IM uint32_t D_SPISR[15]; /*!< Offset: 0x1D04 - 0xD3C (R/ ) Shared Peripheral Interrupt Status Registers */uint32_t RESERVED12[112];__OM uint32_t D_SGIR; /*!< Offset: 0x1F00 ( /W) Software Generated Interrupt Register */uint32_t RESERVED13[3];__IOM uint8_t D_CPENDSGIR[16]; /*!< Offset: 0x1F10 - 0xF1C (R/W) SGI Clear-Pending Registers */__IOM uint8_t D_SPENDSGIR[16]; /*!< Offset: 0x1F20 - 0xF2C (R/W) SGI Set-Pending Registers */uint32_t RESERVED14[40];__IM uint32_t D_PIDR4; /*!< Offset: 0x1FD0 (R/ ) Peripheral ID4 Register */__IM uint32_t D_PIDR5; /*!< Offset: 0x1FD4 (R/ ) Peripheral ID5 Register */__IM uint32_t D_PIDR6; /*!< Offset: 0x1FD8 (R/ ) Peripheral ID6 Register */__IM uint32_t D_PIDR7; /*!< Offset: 0x1FDC (R/ ) Peripheral ID7 Register */__IM uint32_t D_PIDR0; /*!< Offset: 0x1FE0 (R/ ) Peripheral ID0 Register */__IM uint32_t D_PIDR1; /*!< Offset: 0x1FE4 (R/ ) Peripheral ID1 Register */__IM uint32_t D_PIDR2; /*!< Offset: 0x1FE8 (R/ ) Peripheral ID2 Register */__IM uint32_t D_PIDR3; /*!< Offset: 0x1FEC (R/ ) Peripheral ID3 Register */__IM uint32_t D_CIDR0; /*!< Offset: 0x1FF0 (R/ ) Component ID0 Register */__IM uint32_t D_CIDR1; /*!< Offset: 0x1FF4 (R/ ) Component ID1 Register */__IM uint32_t D_CIDR2; /*!< Offset: 0x1FF8 (R/ ) Component ID2 Register */__IM uint32_t D_CIDR3; /*!< Offset: 0x1FFC (R/ ) Component ID3 Register */__IOM uint32_t C_CTLR; /*!< Offset: 0x2000 (R/W) CPU Interface Control Register */__IOM uint32_t C_PMR; /*!< Offset: 0x2004 (R/W) Interrupt Priority Mask Register */__IOM uint32_t C_BPR; /*!< Offset: 0x2008 (R/W) Binary Point Register */__IM uint32_t C_IAR; /*!< Offset: 0x200C (R/ ) Interrupt Acknowledge Register */__OM uint32_t C_EOIR; /*!< Offset: 0x2010 ( /W) End Of Interrupt Register */__IM uint32_t C_RPR; /*!< Offset: 0x2014 (R/ ) Running Priority Register */__IM uint32_t C_HPPIR; /*!< Offset: 0x2018 (R/ ) Highest Priority Pending Interrupt Register */__IOM uint32_t C_ABPR; /*!< Offset: 0x201C (R/W) Aliased Binary Point Register */__IM uint32_t C_AIAR; /*!< Offset: 0x2020 (R/ ) Aliased Interrupt Acknowledge Register */__OM uint32_t C_AEOIR; /*!< Offset: 0x2024 ( /W) Aliased End Of Interrupt Register */__IM uint32_t C_AHPPIR; /*!< Offset: 0x2028 (R/ ) Aliased Highest Priority Pending Interrupt Register */uint32_t RESERVED15[41];__IOM uint32_t C_APR0; /*!< Offset: 0x20D0 (R/W) Active Priority Register */uint32_t RESERVED16[3];__IOM uint32_t C_NSAPR0; /*!< Offset: 0x20E0 (R/W) Non-secure Active Priority Register */uint32_t RESERVED17[6];__IM uint32_t C_IIDR; /*!< Offset: 0x20FC (R/ ) CPU Interface Identification Register */uint32_t RESERVED18[960];__OM uint32_t C_DIR; /*!< Offset: 0x3000 ( /W) Deactivate Interrupt Register */} GIC_Type;
.syntax unified.arch armv7-a.section .isr_vector, "a".align 2.globl __isr_vector__isr_vector:ldr pc, =Reset_Handler /* Reset */ldr pc, =Undefined_Handler /* Undefined instructions */ldr pc, =SVC_Handler /* Supervisor Call */ldr pc, =PrefAbort_Handler /* Prefetch abort */ldr pc, =DataAbort_Handler /* Data abort */.word 0 /* RESERVED */ldr pc, =IRQ_Handler /* IRQ interrupt */ldr pc, =FIQ_Handler /* FIQ interrupt */
IRQ_Handler:push {lr} /* Save return address+4 */push {r0-r3, r12} /* Push caller save registers */MRS r0, spsr /* Save SPRS to allow interrupt reentry */push {r0}MRC P15, 4, r1, C15, C0, 0 /* Get GIC base address */ADD r1, r1, #0x2000 /* r1: GICC base address */LDR r0, [r1, #0xC] /* r0: IAR */push {r0, r1}CPS #0x13 /* Change to Supervisor mode to allow interrupt reentry */push {lr} /* Save Supervisor lr */LDR r2, =SystemIrqHandlerBLX r2 /* Call SystemIrqHandler with param GCC */POP {lr}CPS #0x12 /* Back to IRQ mode */POP {r0, r1}STR r0, [r1, #0x10] /* Now IRQ handler finished: write to EOIR */POP {r0}MSR spsr_cxsf, r0POP {r0-r3, r12}POP {lr}SUBS pc, lr, #4
voidSystemIrqHandler(uint32_t giccIar) __attribute__((weak)){#else#error Not supported compiler type#endifuint32_t intNum = giccIar & 0x3FFUL;/* Spurious interrupt ID or Wrong interrupt number */if ((intNum == 1023) || (intNum >= NUMBER_OF_INT_VECTORS)){return;}irqNesting++;__enable_irq(); /* Support nesting interrupt *//* Now call the real irq handler for intNum */irqTable[intNum].irqHandler(giccIar, irqTable[intNum].userParam);__disable_irq();irqNesting--;}
voidGPIO1_IO18_IRQHandler(void){/* clear the interrupt status */GPIO_ClearPinsInterruptFlags(GPIO1, 18);}
__attribute__( ( always_inline ) ) __STATIC_INLINE void __enable_irq(void){__ASM volatile ("cpsie i" : : : "memory");}__attribute__( ( always_inline ) ) __STATIC_INLINE void __disable_irq(void){__ASM volatile ("cpsid i" : : : "memory");}
此刻，我们知道了程序开头放着异常向量表，如下图所示，
__isr_vector:ldr pc, =Reset_Handler /* Reset */ldr pc, =Undefined_Handler /* Undefined instructions */ldr pc, =SVC_Handler /* Supervisor Call */ldr pc, =PrefAbort_Handler /* Prefetch abort */ldr pc, =DataAbort_Handler /* Data abort */.word 0 /* RESERVED */ldr pc, =IRQ_Handler /* IRQ interrupt */ldr pc, =FIQ_Handler /* FIQ interrupt
但在真真没啥技术的我学Linux驱动 ｜ ROM Code的“接头暗号”铸造“信物”的程序中编译出来的程序，一开始连续好几个18 F0 9F E5是否引起你的好奇？
为什么在当我们在代码中写下不同的“指令咒语”却产生了相同的魔法数字？
带着这样的疑问，让我们走进CPU能听懂的语言-指令集。
参考资料《ARM® Generic Interrupt Controller Architecture version 2.0 Architecture Specification》《i.MX 6ULL Applications Processor Reference Manual》《ARM® Cortex™-A Series Version: 4.0 Programmer’s Guide》《Cortex™-A7 MPCore™ Revision: r0p5 Technical Reference Manual》《ARM® Architecture Reference Manual ARMv7-A and ARMv7-R edition》
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