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Rt-thread一种记录中断的思路

发布于 2021-10-26 11:41:38 浏览：1598 订阅该版

[tocm]

# Rt-thread一种记录中断的思路
## 前言
之前在使用Linux做开发时，无论在做验证还是后续debug的过程中，经常需要查看系统中断响应的记录，用以辅助验证、开发或者debug的过程。最近由于业务的需求，需要使用RTT作为开发的对象，在移植了标准版后，系统启动到MSH控制台，发现并没有查看中断相关的命令。于是自行做了list_interrupt命令，用来查询系统中断，可以查询当前系统已经响应过的中断以及中断所响应的次数。具体的过程如下，为大家做相关开发提供参考。以开源工程中thead-smart单板配置为例。

## 中断响应的过程
要想记录中断，首先需要搞清楚CPU中断响应的过程。无论是ARM系列还是本文为例子的平头哥Risc-V系列CPU，中断响应的过程其实大同小异。首先会定义中断向量表，一般在start.S文件中定义，中断向量表正和他的名字一样，其本质就是一张表格，从代码的角度来看，是一个数组。数组的偏移量为中断号，比如数组的第16个成员，代表是硬件中断号为16的中断，第16个成员的内容，存放的是16号中断对应的Handler函数。也就是说当CPU进入到16号中断时，就会跳入中断向量表对应的16号中断的Handler函数中。thread-smart的中断向量表如下

```c
__Vectors:
    .long   Default_Handler
    .long   Default_Handler
    .long   Default_Handler
    .long   PendSV_Handler
    .long   Default_Handler
    .long   Default_Handler
    .long   Default_Handler
    .long   SysTick_Handler
    .long   Default_Handler
    .long   Default_Handler
    .long   Default_Handler
    .long   Default_Handler
    .long   Default_Handler
    .long   Default_Handler
    .long   Default_Handler
    .long   Default_Handler

/* External interrupts */
    .long   USART_IRQHandler
    .long   Default_Handler
    .long   TIM0_IRQHandler
    .long   Default_Handler
    .long   Default_Handler
    .long   Default_Handler
    .long   Default_Handler
    .long   Default_Handler
    .long   Default_Handler
    .long   Default_Handler
    .long   Default_Handler
    .long   Default_Handler
    .long   Default_Handler
    .long   Default_Handler
    .long   Default_Handler
    .long   Default_Handler
    .long   Default_Handler
    .long   Default_Handler
    .long   Default_Handler
    .long   Default_Handler
    .long   Default_Handler
    .long   Default_Handler
    .long   Default_Handler
    .long   Default_Handler
    .long   Default_Handler
    .long   Default_Handler
    .long   Default_Handler
    .long   Default_Handler
    .long   Default_Handler
    .long   Default_Handler
    .long   Default_Handler
    .long   Default_Handler
    .size __Vectors,.-__Vectors
```

可以看到，thead-master的异常向量表中，除了个别异常向量以外，其余异常向量都指向了Default_Handler。这里时开发者针对中断做了处理，无论时什么异常中断进来，都先进入Default_Handler中，在Default_Handler中会对中断再做分类处理，看是正常的中断还是cpu异常或者是高等级的中断，然后再做分派。整个Default_Handler的处理流程比较长，以下截取关键点进行流程分析。

```c
Default_Handler:
    /* Check for nmi */
    addi    sp, sp, -8
    sw      t0, 0x0(sp)
    sw      t1, 0x4(sp)
    csrr    t0, mcause              //mcause中记录了本次异常是否为中断，如果是中断，会包含中断号。非中断会记录异常原因
    andi    t0, t0, 0x3FF           //获取中断号记录在t0中
    li      t1, 24					//thead中将24号中断规定为nmi中断，为高等级中断。
    beq     t0, t1, .NMI_Handler	//如果是nmi中断，跳入nmi中断处理流程。
    lw      t0, 0x0(sp)
    lw      t1, 0x4(sp)
    addi    sp, sp, 8
    j       trap					//跳入trap流程

```

```c
trap:
    /* Check for interrupt */
    j       .
    addi    sp, sp, -4
    sw      t0, 0x0(sp)
    csrr    t0, mcause         //判断本次异常原因标志，若为中断，则该值是中断号
    blt     t0, x0, .Lirq      //判断异常为中断，则跳入Lirq，否则跳入trap_c，标志cpu异常
    addi    sp, sp, 4
    la      t0, g_trap_sp

addi    t0, t0, -132

.... .... .... .... .... .....

csrr    a0, mepc
    sw      a0, 124(t0)
    csrr    a0, mstatus
    sw      a0, 128(t0)

mv      a0, t0
    lw      t0, -4(sp)
    mv      sp, a0
    sw      t0, 16(sp)

jal     trap_c
```

```c
.Lirq:
    lw      t0, 0x0(sp)
    addi    sp, sp, 4
    j       Default_IRQHandler  //跳入Default_IRQHandler处理流程
```

```c
Default_IRQHandler:
    ipush

#ifdef __riscv_flen
    csrr    t1, mstatus
    srli    t1, t1, 13
    andi    t1, t1, 0x3
    la      t3, irq_mstatus_fs_flag
    sw      t1, (t3)
    li      t0, 0x3
    bne     t1, t0,  .F_RegNotSave1
    
    .... .... ..... .....
    
    csrr    t1, mcause     //再次获取中断号
    andi    t1, t1, 0x3FF
    slli    t1, t1, 2
    la      t0, g_irqvector   //g_irqvector指向中断向量表。将其地址存放于t0中
    add     t0, t0, t1		//t1为当前中断相对于中断向量表的偏移，即第几个成员。t0最终为该中断对应的Handler
    lw      t2, (t0)		//将中断对应的Handler地址放于t2中
    jalr    t2				//跳至Handler中

li      t0, MSTATUS_PRV1
    csrs    mstatus, t0

```

## 记录中断
由以上对thead-master中断响应的分析，决定在cpu跳入到对应中断前将其记录，这样做流程上面清晰且能确保响应过的中断全部都会被记录。跳入中断Handler的流程在Default_IRQHandler中，具体的代码细节如下：

```
csrr    t1, mcause
    andi    t1, t1, 0x3FF
    slli    t1, t1, 2
    la      t0, g_irqvector
    add     t0, t0, t1
    lw      t2, (t0)
    jalr    t2
```

其中，g_irqvector为指向中断向量表的一个数组。记录中断可借鉴原生代码处理中断向量表的这个方法。定义名为g_vector_list的一个数组，数组的成员偏移即为中断号，比如g_vector_list[16]数组成员代表第16号中断，对应成员的值为中断响应的次数。记录的基本原理为每当一个中断执行完毕对应的Handler返回时，将g_vector_list数组对应的数组成员量加1即可。g_vector_list的定义如下：

```c
int (*g_vector_list[255])(void);
```

记录流程如下：

```c
csrr    t1, mcause
    andi    t1, t1, 0x3FF
    slli    t1, t1, 2
	mv      t5, t1             //中断号存在t5中
    la      t0, g_irqvector
    add     t0, t0, t1
    lw      t2, (t0)
    jalr    t2					//跳入Handler中

li      t0, MSTATUS_PRV1    //Handler执行完毕返回
    csrs    mstatus, t0
/** 记录中断 **/
	la      t4, g_vector_list  //将g_vector_list的地址存放到t4
	lrw		t4,t4,t5,0         //获取该中断对应在g_vector_list中成员的值，存放于t4
	addi	t6,t4,1            //对应的成员内容加1，代表记录本次中断，记录于t6
	la      t4, g_vector_list
	srw	    t6,t4,t5,0         //更新到g_vector_list中，完成记录
```

由以上流程，g_vector_list中就能存储各个中断在系统的的响应次数。

## 添加MSH指令
完成中断的记录流程后，剩下的就是添加MSH指令。选择将MSH指令加入到cmd.c中，与其他的指令放于同一文件中。代码如下：

```c
long list_interrupt(void)
{
	int maxlen;
	int i = 0;
    const char *item_title = "irq num";

maxlen = RT_NAME_MAX;

rt_kprintf("%-*.s      active-times    name\n", maxlen, item_title);//打印title的格式 中断号/中断对应响应次数/中断名称（未实现）
    object_split(maxlen);
    rt_kprintf("  ---------- --------------\n");
	
	for(i=0; i<=255;i++) {  //依次打印出系统已响应过的中断
		if(g_vector_list[i]) {
			rt_kprintf("%d            %d          name\n",
                               i, g_vector_list[i]);
			rt_kprintf("\n");
		}
	}

return 0;
}
MSH_CMD_EXPORT(list_interrupt, list INTERRUPT in system);//声明为MSH指令
```

## 执行结果
本文的执行结果如下图：

图1：MSH指令样式

![image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20211026/feeef9e11245d49f791a76031f339dae.png)

图2：执行结果样式

![image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20211026/cc8caadba6b893db33223e024f154c60.png)

## 总结
目前该方法只是一个简单的demo，很多细节还没有实现，包括记录中断的name，响应中断的cpu编号等等。以此抛砖引玉。当前Rt-thread系统已经相对比较完善，但是在debug方面还有很多可以发展的空间，希望各位大神一起努力，完善社区，方便每一个人。