ARM IRQ中断 - 技术栈

1.中断方式

中断:CPU能打断当前正在进行的工作，去处理更为紧急的任务，并且在处理完中断任务后，能回到原先的地方继续工作

中断流程

（1）中断源发出中断请求。

（2）CPU检查是否响应中断以及该终端是否被屏蔽。

（3）检查当前产生的中断的中断优先级。

（4）保护现场

（5）执行中断服务函数

（6）恢复现场

kernal:被打断的

外设：发出中断

GPIO发出的中断：外部中断（EINT）

2.中断控制器GIC

1.概念

在计算机体系结构中，中断控制器（Interrupt Controller） 是连接 CPU 与外部设备（如键盘、硬盘、网卡、定时器等）的核心 "管理枢纽"，其核心作用是统一接收、优先级排序、转发外部设备的 "中断请求"，确保 CPU 能高效响应设备需求，避免 CPU "轮询等待" 设备，从而大幅提升整机资源利用率。

GIC(Generic Interrupt Controller)：通用的中断控制器

2.协处理器

1.概念

协处理器（Coprocessor）是一种辅助中央处理器（CPU）执行特定计算任务的专用处理器，旨在分担 CPU 的部分工作负载、提升特定场景下的计算效率或实现 CPU 不具备的特殊功能。它不能独立运行完整程序，需依赖 CPU 的指令调度和控制，本质是 CPU 的 "专用计算助手"。

2. 系统控制单元（CP15）："管理型" 协处理器

CP15 是 ARM 架构中负责系统级控制的专用单元，虽不直接参与数据计算，但承担 CPU 与内存、缓存、权限管理的 "桥梁" 角色，本质是 "系统管理协处理器"，在 Cortex-A 系列中全程内置（无独立版本）。

其核心功能包括：

内存管理：配置 MMU（内存管理单元）的页表基地址、内存权限（读写 / 执行），实现虚拟内存到物理内存的映射；
缓存控制：启用 / 禁用 L1/L2 缓存、清空缓存数据、配置缓存策略（如写回 / 写透）；
权限与安全：管理 ARM 的异常级别（EL0-EL3）、配置安全状态（Secure/Non-Secure），是 TrustZone 安全架构的核心控制单元；
性能监控：统计 CPU 指令执行数、缓存命中 / 缺失次数，用于性能分析。
调用方式：CPU 通过 "协处理器指令"（如MCR/MRC，即 "协处理器寄存器到 CPU 寄存器的传输"）操作 CP15，例如通过MCR p15, 0, r0, c1, c0, 0指令启用 MMU。

同时还可以开启icache

ARMv7-A 架构（如 Cortex-A9/A15）通过CP15 协处理器的 SCTLR（系统控制寄存器） 控制 ICache，核心步骤如下：

cpp 复制代码

mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0   //读取cp15协处理器值到r0寄存器中
bic r0, r0, #(1 << 13)     //修改异常向量表映射方式
orr r0, r0, #(1 << 12)     //打开ICache
mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0  //往协处理器写入

3.中断相关寄存器配置

c0 registers:

MIDR（Main ID Register）：存储内核的一些基本信息

c1 registers:

SCTLR（System Control Register）：

bit13:V

0 ： Normal exception vectors, base address 0x00000000. Software can remap this base address using the VBAR.

正常异常向量，基址0x00000000。软件可以使用以下命令重新映射此基址

VBAR。

1 ： High exception vectors, base address 0xFFFF0000. This base address is never remapped.

bit12:是否开启icache

0 Instruction caches disabled, this is the reset value.

1 Instruction caches enabled.

c12 registers：

VBAR（Vector Base Address Register）：

demo:

cpp 复制代码

 __set_VBAR(0x87000000);

c15 registers：

CBAR（Configuration Base Address Register）：Holds the physical base address of the memory-mapped GIC registers.

保存内存映射的GIC寄存器的物理基址。

cpp 复制代码

    mrc p15, 4, r1, c15, c0, 0     //取出GIC基地址到r1
    add r1, r1, #0x2000
    ldr r0, [r1, #0x0C]            //中断通知寄存器, C_IAR，同时传r0值给接下来的函数
    stmfd sp!, {r0, r1}
    cps #0x1F                      //设置为sys模式，可以中断的嵌套

    stmfd sp!, {lr}                //保护lr防止bl后lr被修改
    bl system_interrupt_handler

    cps #0x12                      //设为irq模式
    stmfd sp!, {lr}

    str r0, [r1, #0x10]            //中断标志寄存器, C_EOIR，结束中断
    ldmfd sp!, {r0-r12, pc}^

3.相关指令

1.mrc

在 ARM 架构中，MRC 指令（Move to ARMRegister from Coprocessor） 是用于从协处理器（Coprocessor）读取数据到 ARM 核心寄存器的专用指令。它是 ARM 处理器与协处理器（如系统控制协处理器 CP15、浮点协处理器 VFP 等）通信的关键接口，主要用于获取协处理器的状态、配置信息或运算结果。

cpp 复制代码

MRC{<cond>} p<coproc>, <opcode1>, <Rt>, <CRn>, <CRm>{, <opcode2>}

p<coproc>：协处理器编号（p0-p15），如p15表示系统控制协处理器（最常用）。
<opcode1>：协处理器操作码 1（0-7），由协处理器定义的基本操作类型。
<Rt>：ARM 核心的目标寄存器（r0-r15），用于存储从协处理器读取的数据。
<CRn>：协处理器的寄存器编号（c0-c15），指定要读取的协处理器寄存器。
<CRm>：协处理器的附加寄存器编号（c0-c15），用于扩展地址空间（部分协处理器可能忽略）。

2.mcr

在 ARM 架构中，MCR 指令（Move from ARM Register to Coprocessor） 是与 MRC 指令配对使用的协处理器通信指令，用于将 ARM 核心寄存器中的数据写入到协处理器（Coprocessor）的寄存器中。它主要用于配置协处理器的工作模式、设置控制参数或向协处理器传递运算所需的数据，是底层系统编程中配置硬件的关键指令。

cpp 复制代码

MCR{<cond>} p<coproc>, <opcode1>, <Rt>, <CRn>, <CRm>{, <opcode2>}

各字段含义与 MRC 指令一致，仅数据流向相反