uboot中的中断macro宏
引入
内存分配
流程概览
普通中断
保存现场
中断函数打印具体寄存器
恢复现场
软中断
空间获取
保存现场
附录速记
疑惑待解

uboot中的中断macro宏

引入

以前因为uboot的目的只是引导linux,没有去看关于中断相关的代码,这两天重新回顾看了下Uboot中start.S源码的指令级的详尽解析中关于uboot1.6的分析,看了下中断章节,记录一下.原文已经更新到V1.9,网上很多流传的是1.6的,本文作为对齐章节的补充.这里要先明确不同状态下都有哪些独立的寄存器

内存分配

先来看下内部的sp是怎么设置的,这里的用户栈加上中断栈等为128k,是在后面代码分析得出来的

    /* Set up the stack                         */
stack_setup:ldr r0, _TEXT_BASE      /* upper 128 KiB: relocated uboot   */sub r0, r0, #CFG_MALLOC_LEN /* malloc area                      */sub r0, r0, #CFG_GBL_DATA_SIZE /* bdinfo                        */
#ifdef CONFIG_USE_IRQsub r0, r0, #(CONFIG_STACKSIZE_IRQ+CONFIG_STACKSIZE_FIQ)
#endifsub sp, r0, #12     /* leave 3 words for abort-stack    */具体的内存栈IRQ_STACK_START = _armboot_start - CFG_MALLOC_LEN - CFG_GBL_DATA_SIZE - 4;FIQ_STACK_START = IRQ_STACK_START - CONFIG_STACKSIZE_IRQ;

流程概览

先来看下整体的流程的代码

普通中断模式
----------------------------------------------------------------------------
正常程序
↓
中断
↓
硬件切换到中断SP
↓
设置SP_irq到中断栈顶
↓
保存r0-r12,使用stmdb   r8, {sp, lr}^ 保存 用户模式的sp,lr}^
直接保存 spsr 来保存用户的cpsr
str     lr, [r8, #0]
↓
将中断栈sp传递给函数,调用打印
↓
恢复r0-r14(lr),这个lr是用户函数本身的返回
恢复S_PC 到现在的lr 设置pc=lr 返回用户函数 subs   pc, lr, #4  sub+s表示更新cpsr其他异常模式
----------------------------------------------------------------------------
正常程序
↓
异常
↓
切换到异常的sp寄存器,设置到用户栈的栈底
↓
保存 当前的lr=用户的pc
保存 用户的cpsr
↓
切换到系统模式
↓
切换到用户模式的sp寄存器,这里的系统模式和用户模式是公用寄存器的
计算用户栈底到r2,从栈底取出上面存的 用户的pc 和 用户的cpsr
↓
当前的sp指向当前用户栈指针
↓
保存当前的lr 当前的lr这里就是用户模式的lr
保存用户的pc cpsr
保存这个用户栈的指针-----实际也是我们保存这些寄存器  r0-r12,lr,pc,cpsr..的地址
↓
将栈sp传递给函数,调用打印

保存现场,保存用户态的寄存器到异常的栈中

/** use bad_save_user_regs for abort/prefetch/undef/swi ...* use irq_save_user_regs / irq_restore_user_regs for IRQ/FIQ handling*/.macro  bad_save_user_regssub sp, sp, #S_FRAME_SIZEstmia   sp, {r0 - r12}          @ Calling r0-r12ldr r2, _armboot_startsub r2, r2, #(CONFIG_STACKSIZE+CFG_MALLOC_LEN)sub r2, r2, #(CFG_GBL_DATA_SIZE+8)  @ set base 2 words into abort stackldmia   r2, {r2 - r3}           @ get pc, cpsradd r0, sp, #S_FRAME_SIZE       @ restore sp_SVCadd r5, sp, #S_SPmov r1, lrstmia   r5, {r0 - r3}           @ save sp_SVC, lr_SVC, pc, cpsrmov r0, sp.endm.macro  irq_save_user_regssub sp, sp, #S_FRAME_SIZEstmia   sp, {r0 - r12}          @ Calling r0-r12add     r8, sp, #S_PCstmdb   r8, {sp, lr}^                   @ Calling SP, LRstr     lr, [r8, #0]                    @ Save calling PCmrs     r6, spsrstr     r6, [r8, #4]                    @ Save CPSRstr     r0, [r8, #8]                    @ Save OLD_R0mov r0, sp.endm.macro  irq_restore_user_regsldmia   sp, {r0 - lr}^          @ Calling r0 - lrmov r0, r0ldr lr, [sp, #S_PC]         @ Get PCadd sp, sp, #S_FRAME_SIZEsubs    pc, lr, #4          @ return & move spsr_svc into cpsr.endm.macro get_bad_stackldr r13, _armboot_start     @ setup our mode stacksub r13, r13, #(CONFIG_STACKSIZE+CFG_MALLOC_LEN)sub r13, r13, #(CFG_GBL_DATA_SIZE+8) @ reserved a couple spots in abort stackstr lr, [r13]           @ save caller lr / spsrmrs lr, spsrstr     lr, [r13, #4]mov r13, #MODE_SVC          @ prepare SVC-Mode@ msr   spsr_c, r13msr spsr, r13mov lr, pcmovs    pc, lr.endm.macro get_irq_stack            @ setup IRQ stackldr sp, IRQ_STACK_START.endm.macro get_fiq_stack            @ setup FIQ stackldr sp, FIQ_STACK_START.endm

具体的中断函数

/** exception handlers*/.align  5
undefined_instruction:get_bad_stackbad_save_user_regsbl  do_undefined_instruction.align  5
software_interrupt:get_bad_stackbad_save_user_regsbl  do_software_interrupt.align  5
prefetch_abort:get_bad_stackbad_save_user_regsbl  do_prefetch_abort.align  5
data_abort:get_bad_stackbad_save_user_regsbl  do_data_abort.align  5
not_used:get_bad_stackbad_save_user_regsbl  do_not_used#ifdef CONFIG_USE_IRQ.align  5
irq:get_irq_stackirq_save_user_regsbl  do_irqirq_restore_user_regs.align  5
fiq:get_fiq_stack/* someone ought to write a more effiction fiq_save_user_regs */irq_save_user_regsbl  do_fiqirq_restore_user_regs#else.align  5
irq:get_bad_stackbad_save_user_regsbl  do_irq.align  5
fiq:get_bad_stackbad_save_user_regsbl  do_fiq#endif

普通中断

先来分析普通的中断函数

    .align  5                       ;2^5=32字节对齐
irq:get_irq_stack                   ;ldr    sp, IRQ_STACK_START  ;获得irq的栈irq_save_user_regsbl  do_irqirq_restore_user_regs

保存现场

这里使用stmdb r8, {sp, lr}^保存用户态的寄存器

    ldr sp, IRQ_STACK_START  ;获得irq的栈.macro  irq_save_user_regssub sp, sp, #S_FRAME_SIZE;sp 空出S_FRAME_SIZE =72大小;这里的52个字节空间的分配如下:@@ IRQ stack frame.@#define S_FRAME_SIZE    72#define S_OLD_R0    68#define S_PSR       64#define S_PC        60#define S_LR        56#define S_SP        52@ 这里没有空余的空间#define S_IP        48#define S_FP        44#define S_R10       40#define S_R9        36#define S_R8        32#define S_R7        28#define S_R6        24#define S_R5        20#define S_R4        16#define S_R3        12#define S_R2        8#define S_R1        4#define S_R0        0#define MODE_SVC 0x13#define I_BIT    0x80;到这里的时候,sp=sp(顶)-S_FRAME_SIZEstmia   sp, {r0 - r12}          @ Calling r0-r12;stmia 是;IA 每次传送后地址加1；;IB 每次传送前地址加1；;DA 每次传送后地址减1；;DB 每次传送前地址减1；;FD 满递减堆栈；;ED 空递减堆栈；;FA 满递增堆栈；;EA 空递增堆栈；;从[sp-S_FRAME_SIZE]的地址开始,存储r0~r12;由于上面的指令 sp没有!,所以sp本身最后不变,依然是 sp=sp(顶)-S_FRAME_SIZEadd     r8, sp, #S_PC;这里将 sp值指向 S_PC 其实就是接着上面的存,这里直接指向的就是没有存过的sp;但是本身的sp依然指向 sp=sp(顶)-S_FRAME_SIZEstmdb   r8, {sp, lr}^                   @ Calling SP, LR;这里因为有^ 所以访问的是用户模式的寄存器;这个是 DB 每次传送前地址减1； 也就是将  sp用户模式 lr用户模式存储; [r8-1]=sp; [r8-2]=lr;但是没有使用! 也就是说r8依然是S_PC,也就是保存了S_PC 也就是用户函数的pcstr     lr, [r8, #0]                    @ Save calling PCmrs     r6, spsrstr     r6, [r8, #4]                    @ Save CPSR; 把spsr 存到 下一个单元 str     r0, [r8, #8]                    @ Save OLD_R0;把r0 存到下一个单元mov r0, sp ; 这里的sp依然是sp=sp(顶)-S_FRAME_SIZE ,也就是我们保存现场的东西的头指针  传递个r0 ; 准备给c语言传递参数.endm

也就是说最终的地址分配是这样的

struct pt_regs {long uregs[18];
};#define ARM_cpsr    uregs[16]
#define ARM_pc      uregs[15]
#define ARM_lr      uregs[14]
#define ARM_sp      uregs[13]
#define ARM_ip      uregs[12]
#define ARM_fp      uregs[11]
#define ARM_r10     uregs[10]
#define ARM_r9      uregs[9]
#define ARM_r8      uregs[8]
#define ARM_r7      uregs[7]
#define ARM_r6      uregs[6]
#define ARM_r5      uregs[5]
#define ARM_r4      uregs[4]
#define ARM_r3      uregs[3]
#define ARM_r2      uregs[2]
#define ARM_r1      uregs[1]
#define ARM_r0      uregs[0]
#define ARM_ORIG_r0 uregs[17]

中断函数打印具体寄存器


void do_irq (struct pt_regs *pt_regs)
{
#if defined (CONFIG_USE_IRQ) && defined (CONFIG_ARCH_INTEGRATOR)/* ASSUMED to be a timer interrupt  *//* Just clear it - count handled in *//* integratorap.c                   */*(volatile ulong *)(CFG_TIMERBASE + 0x0C) = 0;
#elseprintf ("interrupt request\n");show_regs (pt_regs);bad_mode ();                        /* 死循环*/
#endif
}
//--------------------------------------------------------------
void show_regs (struct pt_regs *regs)
{unsigned long flags;const char *processor_modes[] = {"USER_26",  "FIQ_26",   "IRQ_26",   "SVC_26","UK4_26",   "UK5_26",   "UK6_26",   "UK7_26","UK8_26",   "UK9_26",   "UK10_26",  "UK11_26","UK12_26",  "UK13_26",  "UK14_26",  "UK15_26","USER_32",  "FIQ_32",   "IRQ_32",   "SVC_32","UK4_32",   "UK5_32",   "UK6_32",   "ABT_32","UK8_32",   "UK9_32",   "UK10_32",  "UND_32","UK12_32",  "UK13_32",  "UK14_32",  "SYS_32",};//#define condition_codes(regs) ((regs)->ARM_cpsr & (CC_V_BIT|CC_C_BIT|CC_Z_BIT|CC_N_BIT))flags = condition_codes (regs);//#define PCMASK        0//#define pc_pointer(v) ((v) & ~PCMASK)//#define instruction_pointer(regs) (pc_pointer((regs)->ARM_pc))printf ("pc : [<%08lx>]    lr : [<%08lx>]\n""sp : %08lx  ip : %08lx  fp : %08lx\n",instruction_pointer (regs),regs->ARM_lr, regs->ARM_sp, regs->ARM_ip, regs->ARM_fp);printf ("r10: %08lx  r9 : %08lx  r8 : %08lx\n",regs->ARM_r10, regs->ARM_r9, regs->ARM_r8);printf ("r7 : %08lx  r6 : %08lx  r5 : %08lx  r4 : %08lx\n",regs->ARM_r7, regs->ARM_r6, regs->ARM_r5, regs->ARM_r4);printf ("r3 : %08lx  r2 : %08lx  r1 : %08lx  r0 : %08lx\n",regs->ARM_r3, regs->ARM_r2, regs->ARM_r1, regs->ARM_r0);printf ("Flags: %c%c%c%c",flags & CC_N_BIT ? 'N' : 'n',flags & CC_Z_BIT ? 'Z' : 'z',flags & CC_C_BIT ? 'C' : 'c', flags & CC_V_BIT ? 'V' : 'v');printf ("  IRQs %s  FIQs %s  Mode %s%s\n",interrupts_enabled (regs) ? "on" : "off",fast_interrupts_enabled (regs) ? "on" : "off",processor_modes[processor_mode (regs)],thumb_mode (regs) ? " (T)" : "");
}

恢复现场

这里就是恢复r0-r12,返回到lr执行

    .macro  irq_restore_user_regs;在irq_save_user_regs 中,sp=sp(顶)-S_FRAME_SIZE;也就是指向了保存现场区域ldmia   sp, {r0 - lr}^          @ Calling r0 - lrmov r0, r0ldr lr, [sp, #S_PC]         @ Get PCadd sp, sp, #S_FRAME_SIZE       ;这里恢复sp到顶部subs    pc, lr, #4          @ return & move spsr_svc into cpsr; 这里返回地址是 lr-4,具体是手册确定的;注意这里有个 sub+s 表示更新cpsr.endm

其他的返回地址如下

BL      MOV PC, R14
SWI     MOVS PC, R14_svc
UDEF    MOVS PC, R14_und
FIQ     SUBS PC, R14_fiq, #4
IRQ     SUBS PC, R14_irq, #4
PABT    SUBS PC, R14_abt, #4
DABT    SUBS PC, R14_abt, #8

软中断

软中断和普通中断应该只是寄存器不太一样,所以流程上是一样的

    .align  5
software_interrupt:get_bad_stackbad_save_user_regsbl  do_software_interrupt

空间获取

这里的栈分配有点不一样从代码上看,有着模式切换,切换到用户模式后,将sp和cpsr保存到栈底

    .macro get_bad_stack; ldr r13, _armboot_start     @ setup our mode stacksub r13, r13, #(CONFIG_STACKSIZE+CFG_MALLOC_LEN)sub r13, r13, #(CFG_GBL_DATA_SIZE+8) @ reserved a couple spots in abort stack; 这里感觉是一个未知的空间,假设为x 起始str lr, [r13]           @ save caller lr / spsr; 先存lr,这个lr是用户的pc调用者mrs lr, spsrstr     lr, [r13, #4];再存 spsrmov r13, #MODE_SVC          @ prepare SVC-Mode@ msr   spsr_c, r13msr spsr, r13;设置了 spsr=MODE_SVCmov lr, pc              ;把pc值 实际是endm的值给lrmovs    pc, lr          ;把endm后面的值给pc  总的来说还是执行 endm 的语句,;也就是这两句话 本身对于程序流程没有什么影响,但是能够更新spsr;注意 接下去切换到了系统模式,sp会是用户模式的sp了                        .endm

也就是我们在一段未知的空间,先存储了lr,spsr

关于这里的 mov lr, pc ,movs pc, lr参考这里,用这两条指令可以更新cpsr的标志位。

假设100：mov lr, pc
104：movs pc,lr
108：xxx
mov lr, pc实际的pc其实等于pc+8即lr=108，后面的movs pc,lr就是跳转到108运行。

关于这里的movs指令解释如下,在ARM指令集E004armproc.chm

任何带 S 位设置的到 R15 的 32-bit 写(MOVS、ORRS、TEQP、LDM...^) 将传送当前模式的 SPSR 到 CPSR 中。例如，假定我们在 irq_32 模式下:
MOVS PC, R14
将复制 R14 到 PC，并接着复制 SPSR_IRQ32 到 CPSR。
这在 USR 模式下不是非常有用因为它没有 SPSR!

保存现场

这里


.macro get_bad_stack
;
ldr r13, _armboot_start     @ setup our mode stack
sub r13, r13, #(CONFIG_STACKSIZE+CFG_MALLOC_LEN)
sub r13, r13, #(CFG_GBL_DATA_SIZE+8) @ reserved a couple spots in abort stack; 这里感觉是一个未知的空间,假设为x 起始
str lr, [r13]           @ save caller lr / spsr
; 先存lr
;ARM处理器相应异常时，会自动完成将当前的PC保存到LR寄存器。
;也就是说 这个lr就是返回用户的地址mrs lr, spsr
str     lr, [r13, #4]
;再存 用户的cpsrmov r13, #MODE_SVC          @ prepare SVC-Mode
@ msr   spsr_c, r13
msr spsr, r13
;设置了 spsr=MODE_SVCmov lr, pc              ;把pc值 实际是endm的值给lr 也就是下面的lablexxx
movs    pc, lr          ;把endm后面的值给pc  总的来说还是执行 endm 的语句,
;也就是这两句话 本身对于程序流程没有什么影响,但是能够更新spsr;注意 接下去切换到了系统模式,sp会是用户模式的sp了                        .endm------------------------------------------------------------------------------
接下去就切换到用户模式了
sp 切换到用户模式的sp
lr这里应该是切换回用户自己原来的lr了,也就是说切换模式并不会赋值lrlablexxx
.macro  bad_save_user_regs;这里的sp是用户模式的sp了,也就是在用户区域开辟一个 S_FRAME_SIZE 的空间 sub sp, sp, #S_FRAME_SIZE
stmia   sp, {r0 - r12}          @ Calling r0-r12
;这里的 r0~r12 是一样的ldr r2, _armboot_start
sub r2, r2, #(CONFIG_STACKSIZE+CFG_MALLOC_LEN)
sub r2, r2, #(CFG_GBL_DATA_SIZE+8)  @ set base 2 words into abort stack
; r2指向3word
ldmia   r2, {r2 - r3}           @ get pc, cpsr ,
; 在上面的函数get_bad_stack ,我们在这个地方存储了`lr,spsr`  这个是用户态的 pc cpsr
;IA 每次传送后地址加1add r0, sp, #S_FRAME_SIZE       @ restore sp_SVC
;sp 回到用户原来的sp尾巴add r5, sp, #S_SP
;r5 这个区用来存 进入异常前的用户原来的spmov r1,   lr;到这里为止
; r0 =sp, #S_FRAME_SIZE  =进入异常前的用户原来的sp
; r1 =lr    这个lr应该就是用户模式的lr,切换回用户模式后,并没有对他操作过
; r2 =pc    这个是进入异常前的用户原来的pc断点
; r3 =cpsr  用户的cpsrstmia   r5, {r0 - r3}           @ save sp_SVC, lr_SVC, pc, cpsr
mov r0, sp
;这里的sp 实际上是用户栈
.endm

附录速记

手动设置cpsr到中断模式应该是不会跳转到中断向量表,只是模式变了

任何带 S 位设置的到 R15 的 32-bit 写(MOVS、ORRS、TEQP、LDM...^) 将传送当前模式的 SPSR 到 CPSR 中。

疑惑待解

从我画的图中可以看到,作者的意思应该是保留12个字节给bad_stack模式用,但实际代码是存在栈底的,是否是我哪里理解错了

转载：https://www.cnblogs.com/zongzi10010/p/10443614.html