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th-thread 源码学习-中断系统

发布于 2025-11-07 10:55:39 浏览：102 订阅该版

[tocm]

# 1 站在内核的角度看中断
代码版本为5.2.2

中断细节与硬件强相关,那么就需要统一接口,让各自的硬件实现各自的中断细节。
站在内核的角度,我们不关心整个中断控制器的细节,从整个中断架构可以视为如下

```c
/* 初始化中断控制(硬件相关) */
void rt_hw_interrupt_init(void)

/* 给 中断号 绑定 中断服务函数 */
rt_isr_handler_t rt_hw_interrupt_install(int vector, rt_isr_handler_t handler, void *param, const char *name)

/* 屏蔽/打开 中断号 对应的的 中断源(硬件相关) */
void rt_hw_interrupt_mask (int vector)
void rt_hw_interrupt_umask(int vector)

/**
 * 屏蔽/打开 当前 cpu 的  全局中断
 * 对于单核 等于 rt_hw_local_irq_enable/rt_hw_local_irq_disable
 * 对于多核 依赖 rt_hw_local_irq_enable/rt_hw_local_irq_disable 实现
 */
void      rt_hw_interrupt_enable (rt_base_t level)
rt_base_t rt_hw_interrupt_disable(void)

/* 中断通知, 进入中断和退出中断时触发的函数 */
rt_weak void rt_interrupt_enter(void)
rt_weak void rt_interrupt_leave(void)

/* 记录中断嵌套层数 */
rt_uint8_t rt_interrupt_get_nest(void)

void      rt_hw_local_irq_enable (rt_base_t level) /* 恢复 IRQ 和 FIQ 的状态为 level 中保存的值 */
rt_base_t rt_hw_local_irq_disable(void)            /* 屏蔽 IRQ 和 FIQ, 返回屏蔽之前的 IRQ 和 FIQ 状态 */
```

# 2 从 qemu_arm64 gicv2 的视角看中断

详细参考文档 
<< ARM Generic Interrupt Controller Architecture Specification >> 重点4.12和4.13章节
<< Arm Architecture Reference Manual for A-profile architecture >>

## 2.1 gic 初始化

```c
/**
 * 设置中断向量表
 * 
 * dist寄存器配置：
 *   设置全局中断触发模式为低电平触发
 *   设置全局中断路由到cpu0
 *   设置所有中断优先级为0xa0
 *   禁用所有中断
 *   设置所有中断为group0
 *   使能group0和group1的中断转发
 * 
 * cpu寄存器配置:
 *   设置cpu中断掩码为0xf0
 *   设置优先级分组为只有子优先级
 *   使能cpu接口到cpu的中断信号
 */
void rt_hw_interrupt_init(void)
{
    rt_hw_vector_init();
    ...
    arm_gic_dist_init(0, gic_dist_base, gic_irq_start);
    arm_gic_cpu_init (0, gic_cpu_base);
    ...
}
```

## 2.2 中断号函数绑定

```c
/**
 * 给中断源安装一个中断服务函数
 * isr_table是一个中断服务函数表, 索引为中断号
 * 
 * 把当前中断的目的cpu设置为当前cpu
*/
rt_isr_handler_t rt_hw_interrupt_install(int vector, rt_isr_handler_t handler, void *param, const char *name)
{
    ...
    rt_strncpy(isr_table[vector].name, name, RT_NAME_MAX);
    isr_table[vector].handler = handler;
    isr_table[vector].param = param;
    ...
    rt_hw_interrupt_set_target_cpus(vector, 1 << rt_hw_cpu_id()); /* 硬件相关 */
    ...
}
```

## 2.3 中断源开关

```c
/**
 * dist寄存器 GICD_ICENABLERn 频闭中断源
*/
void rt_hw_interrupt_mask(int vector)
{
    arm_gic_mask(0, vector);
}

/**
 * dist寄存器 GICD_ISENABLERn 打开中断源
*/
void rt_hw_interrupt_umask(int vector)
{
    arm_gic_umask(0, vector);
}
```

## 2.4 系统全局中断开关

```c

/**
 * 对于多核 硬件部分的开关中断函数名为 rt_hw_local_irq_disable/rt_hw_local_irq_enable
 * 对于单核 硬件部分的开关中断函数名为 rt_hw_interrupt_disable/rt_hw_interrupt_enable
 */
#ifdef RT_USING_SMP
    #define rt_hw_interrupt_disable rt_hw_local_irq_disable
    #define rt_hw_interrupt_enable  rt_hw_local_irq_enable
#endif

/**
 * void rt_hw_interrupt_enable(rt_base_t level);
 * 恢复 IRQ 和 FIQ 的状态为 level 中保存的值
 */
.globl rt_hw_interrupt_enable
rt_hw_interrupt_enable:
    and     x0, x0, #0xc0
    cmp     x0, #0xc0
    /* branch if one of the bits not set(zero) */
    bne     1f
    ret
1:
    isb
    dsb     nsh
    and     x0, x0, #0xc0
    mrs     x1, DAIF
    bic     x1, x1, #0xc0
    orr     x0, x0, x1
    msr     DAIF, x0
    ret

/**
 * rt_base_t rt_hw_interrupt_disable();
 * 屏蔽 IRQ 和 FIQ, 返回屏蔽之前的 IRQ 和 FIQ 状态
 */
.globl rt_hw_interrupt_disable
rt_hw_interrupt_disable:
    mrs     x0, DAIF
    and     x0, x0, #0xc0
    cmp     x0, #0xc0
    bne     1f
    ret
1:
    msr     DAIFSet, #3
    dsb     nsh
    isb
    ret
```

# 3 从 qemu_arm64 gicv2 的视角 看中断的流程

## 3.1 中断向量表

```asm
system_vectors:
.align 11
    .set    VBAR, system_vectors
    .org    VBAR

...

/*  Exception from CurrentEL (EL1) with SP_ELn */
    .org (VBAR + 0x200 + 0)
    b vector_exception                  /* Synchronous */
    .org (VBAR + 0x280 + 0)
    b vector_irq                        /* IRQ/vIRQ */
    .org (VBAR + 0x300 + 0)
    b vector_fiq                        /* FIQ/vFIQ */
    .org (VBAR + 0x380 + 0)
    b vector_serror

... 
```

```asm
START_POINT(vector_irq)
    ...

/* handline IRQ */
    mov     x0, EFRAMEX
    bl      rt_hw_trap_irq

...
START_POINT_END(vector_irq)
```

## 3.2 中断处理

```c
void rt_hw_trap_irq(struct rt_hw_exp_stack *regs)
{
    ...
    _rt_hw_trap_irq(&this_ctx);
    ...
}
```

```c
static void _rt_hw_trap_irq(rt_interrupt_context_t irq_context)
{
    ...
    ir       = rt_hw_interrupt_get_irq(); /* 从gicv2 cpu 的 GICC_IAR 读取中断号,让中断 pending to active */

ir_self  = ir & 0x3ffUL;
    isr_func = isr_table[ir_self].handler;
    param    = isr_table[ir_self].param;
    isr_func(ir_self, param);

... 
    rt_hw_interrupt_ack(ir);             /* 1 GICD_ICPENDRn寄存器 remove pending state。 2 GICC_EOIR寄存器 remove active state*/
}
```

### 3.2.3 中断处理流程

```
中断发生
    ↓
CPU 跳转到 vector_irq
    ↓
SAVE_IRQ_CONTEXT (保存上下文)
    ↓
rt_interrupt_enter (中断嵌套计数++)
    ↓
rt_hw_trap_irq
    ↓
    ├─ rt_hw_interrupt_get_irq()  ← 读取中断号（INTACK）
    ├─ 查找 isr_table[irq].handler
    ├─ 执行中断服务函数
    └─ rt_hw_interrupt_ack(ir)    ← 应答中断（EOI）
    ↓
rt_interrupt_leave (中断嵌套计数--)
    ↓
rt_hw_vector_irq_sched (检查是否需要调度)
    ↓
RESTORE_IRQ_CONTEXT (恢复上下文)
    ↓
eret (返回被中断的代码)
```