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ARM中断处理与GIC

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第一部分：中断处理基本流程

1. 中断响应过程

· 中断源发出中断请求。

· CPU检查是否响应中断，以及该中断是否被屏蔽。

· 检查当前产生的中断的优先级。

· 保护现场（保存当前程序的上下文）。

· 执行中断服务函数。

· 恢复现场（恢复之前保存的上下文）。

第二部分：协处理器与相关指令

1. 协处理器编号

· cp0 ~ cp15：ARM架构中的协处理器。

· A7内核中：cp10、cp11用于浮点运算，cp15用于存储管理。

· CP10：浮点型运算。

· CP15：存储管理（如Cache控制、MMU、异常向量表基地址等）。

2. 协处理器访问指令

· MRC：将协处理器寄存器内容读到ARM寄存器。

· MCR：将ARM寄存器内容写入协处理器寄存器。

· 常用操作示例：

· 读取cp15的c1寄存器，修改后写回，用于打开iCache、设置异常向量表基地址选择VBAR。

· 读取cp15的c15寄存器，获取GIC基地址。

第三部分：GIC（通用中断控制器）

1. GIC的作用

· 接收来自外设的中断请求，进行优先级仲裁，然后分发给CPU。

· 流程：中断源 → GIC → processor 0。

2. GIC初始化步骤

· 调用GIC_Init()进行初始化。

· 设置中断优先级（GIC_SetPriority）。

· 设置中断使能（GIC_EnableIRQ）。

· 获取GIC基地址（通过读取cp15的c15寄存器）。

· 操作中断通知寄存器（C_IAR，位于GIC基地址+0x200C）读取中断号。

· 操作中断结束寄存器（C_EOIR，位于GIC基地址+0x2010）写入中断号，表示中断处理结束。

3. 启动代码中的基地址重映射

· 将基地址重映射到0x87800000。

· 通过cp15设置异常向量表基地址选择VBAR。

· 打开iCache。

第四部分：GPIO中断相关寄存器

1. 中断触发方式寄存器（GPIOX_ICR2）

· 配置GPIO引脚的中断触发方式（如上升沿、下降沿、双边沿等）。

2. 中断屏蔽寄存器（GPIOX_IMR）

· 设置是否屏蔽某引脚的中断。

· 对应位为1表示使能，为0表示屏蔽。

3. 中断状态寄存器（GPIOX_ISR）

· 指示当前产生中断的引脚。

· 通过读取该寄存器判断中断源，并在中断服务函数中清除标志位（写1清除）。

第五部分：中断处理代码流程

1. 汇编异常向量处理函数（irq）

· 调整返回地址：sub lr, lr, #4。

· 保存现场：将r0-r12和lr压栈。

· 获取GIC基地址。

· 切换到sys模式（cps #0x1F），保存lr。

· 调用C语言中断处理函数（bl system_interrupt_handler）。

· 恢复lr，切换回irq模式（cps #0x12）。

· 恢复现场：出栈r0-r12。

· 写EOIR寄存器，通知GIC中断处理结束。

· 恢复pc，返回。

2. C语言中断服务函数

· 函数原型：void system_interrupt_handler(IRQn_Type irq)。

· 判断中断号是否等于GPIO中断号。

· 检查GPIO中断状态寄存器，判断具体引脚。

· 执行相应处理（如点灯）。

· 清除中断标志位（写1到ISR寄存器）。

第六部分：关键概念与注意事项

1. 中断优先级

· GIC支持中断优先级设置，高优先级中断可抢占低优先级中断。

2. 中断屏蔽

· 通过IMR寄存器可屏蔽特定中断源。

3. 中断标志清除

· 中断服务函数中必须清除中断标志，否则会反复触发中断。

· GPIO中断通过写1到ISR寄存器对应位清除。

4. 模式切换

· ARM有多种处理器模式，中断处理时需在irq模式和sys模式之间切换。

· irq模式用于响应中断，sys模式用于运行特权级操作系统代码。

5. 现场保护与恢复

· 中断发生时必须保存当前程序的寄存器状态，处理完毕后恢复，保证被中断的程序能正确继续执行。

6. 异常向量表基地址

· 通过VBAR寄存器设置异常向量表的基地址。

· 启动代码中需重映射基地址并设置VBAR。