[嵌入式]Linux 0.11 trap.c 代码注释

嵌入式汇编的基本格式

• 具有输入和输出参数的嵌入汇编的基本格式为
  
• 常用寄存器加载代码说明
  

示例

• 使用gcc随机分配的寄存器，
  如果输入寄存器的代码是0或者为空时，则说明使用与相应输出一样的寄存器
  
• 在执行代码时，如果不希望汇编语句被gcc优化而挪动地方，就需要在 asm 符号后面添加 volatile 关键字
  

get_limit() 函数

• get_limit(0x17)

  // lsll 指令加载段限长。然后再加1作为返回值
  #define get_limit(segment) ({ \
  unsigned long __limit; \
  __asm__("lsll %1,%0\n\tincl %0":"=r" (__limit):"r" (segment)); \
  __limit;})
  

代码

/*
 *  linux/kernel/traps.c
 *
 *  (C) 1991  Linus Torvalds
 */

/*
 * 'Traps.c' handles hardware traps and faults after we have saved some
 * state in 'asm.s'. Currently mostly a debugging-aid, will be extended
 * to mainly kill the offending process (probably by giving it a signal,
 * but possibly by killing it outright if necessary).
 */
#include <string.h> 

#include <linux/head.h>
#include <linux/sched.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <asm/system.h>
#include <asm/segment.h>
#include <asm/io.h>


// 从指定段和偏移值的内存地址处取一个字节
#define get_seg_byte(seg,addr) ({ \
register char __res; \
__asm__("push %%fs;mov %%ax,%%fs;movb %%fs:%2,%%al;pop %%fs" \
	:"=a" (__res):"0" (seg),"m" (*(addr))); \
__res;})


// 取段seg 中地址addr处的一个长字(4 byte).
// 参数：seg - 段选择符；addr - 段内指定地址。
// 输出：%0 - eax(__res)；输入：%1 - eax(seg); %2 - 内存地址(*(addr)).
#define get_seg_long(seg,addr) ({ \
register unsigned long __res; \
__asm__("push %%fs;mov %%ax,%%fs;movl %%fs:%2,%%eax;pop %%fs" \
	:"=a" (__res):"0" (seg),"m" (*(addr))); \
__res;})


// 取fs段寄存器的值(选择符)
// 输出：%0 - eax(__res).
#define _fs() ({ \
register unsigned short __res; \
__asm__("mov %%fs,%%ax":"=a" (__res):); \
__res;})

int do_exit(long code);             // 程序退出处理

void page_exception(void);          // 页异常

// 以下定义了一些中断处理程序原型，用于在函数trap_init()中设置相应中断门描述符。
// 这些代码在asm.s或system_call.s中。
void divide_error(void);
void debug(void);
void nmi(void);
void int3(void);
void overflow(void);
void bounds(void);
void invalid_op(void);
void device_not_available(void);
void double_fault(void);
void coprocessor_segment_overrun(void);
void invalid_TSS(void);
void segment_not_present(void);
void stack_segment(void);
void general_protection(void);
void page_fault(void);
void coprocessor_error(void);
void reserved(void);
void parallel_interrupt(void);
void irq13(void);

// 该子程序用来打印出错中断的名称、出错号、调用程序的EIP、EFLAGS、ESP、fs段寄存器值、
// 段的基址、段的长度、进程号PID、任务号、10字节指令码。如果堆栈在用户数据段，则还
// 打印16字节的堆栈内容。
// 第一个参数是错误名字的字符串    第二个参数是ESP（中断返回的地址）   第三个参数是错误码
static void die(char * str,long esp_ptr,long nr)
{
	long * esp = (long *) esp_ptr;
	int i;

	printk("%s: %04x\n\r",str,nr&0xffff);								// 打印中断的名称，出错号

    // 下行打印语句显示当前调用进程的CS：EIP、EFLAGS和SS:ESP的值。
    // EIP:\t%04x:%p\n - esp[1]是段选择符(cs)，esp[0]是eip.
    // EFLAGS:\t%p\n - esp[2]是eflags
    // ESP:\t%04x:%p\n - esp[4]是源ss，esp[3]是源esp
	printk("EIP:\t%04x:%p\nEFLAGS:\t%p\nESP:\t%04x:%p\n",
		esp[1],esp[0],esp[2],esp[4],esp[3]);

	printk("fs: %04x\n",_fs());											 // 取fs段寄存器的值 
	
	// current -> ldt[1] 表示当前任务的代码段
	// 0x17 是任务数据段的选择子
	printk("base: %p, limit: %p\n",get_base(current->ldt[1]),get_limit(0x17));   // 段的基址和段的长度
	
	if (esp[4] == 0x17) {
		printk("Stack: ");
		for (i=0;i<4;i++)
			printk("%p ",get_seg_long(0x17,i+(long *)esp[3]));
		printk("\n");
	}
	str(i);                 // 取当前运行任务的任务号
	printk("Pid: %d, process nr: %d\n\r",current->pid,0xffff & i);
	for(i=0;i<10;i++)
		printk("%02x ",0xff & get_seg_byte(esp[1],(i+(char *)esp[0])));
	printk("\n\r");
	do_exit(11);		/* play segment exception */
}

// 下面do开头的函数是asm.s中对应中断处理程序调用的C函数
// 当调用下面这些函数的时候，栈顶指向 ESP（中断返回的地址） 再往下是 ERROR_CODE
void do_double_fault(long esp, long error_code)
{
	die("double fault",esp,error_code);
}

void do_general_protection(long esp, long error_code)
{
	die("general protection",esp,error_code);
}

void do_divide_error(long esp, long error_code)
{
	die("divide error",esp,error_code);
}

void do_int3(long * esp, long error_code,
		long fs,long es,long ds,
		long ebp,long esi,long edi,
		long edx,long ecx,long ebx,long eax)
{
	int tr;

	__asm__("str %%ax":"=a" (tr):"0" (0));           // 取任务寄存器 -> tr

	printk("eax\t\tebx\t\tecx\t\tedx\n\r%8x\t%8x\t%8x\t%8x\n\r",
		eax,ebx,ecx,edx);
	printk("esi\t\tedi\t\tebp\t\tesp\n\r%8x\t%8x\t%8x\t%8x\n\r",
		esi,edi,ebp,(long) esp);
	printk("\n\rds\tes\tfs\ttr\n\r%4x\t%4x\t%4x\t%4x\n\r",
		ds,es,fs,tr);
	printk("EIP: %8x   CS: %4x  EFLAGS: %8x\n\r",esp[0],esp[1],esp[2]);
}

void do_nmi(long esp, long error_code)
{
	die("nmi",esp,error_code);
}

void do_debug(long esp, long error_code)
{
	die("debug",esp,error_code);
}

void do_overflow(long esp, long error_code)
{
	die("overflow",esp,error_code);
}

void do_bounds(long esp, long error_code)
{
	die("bounds",esp,error_code);
}

void do_invalid_op(long esp, long error_code)
{
	die("invalid operand",esp,error_code);
}

void do_device_not_available(long esp, long error_code)
{
	die("device not available",esp,error_code);
}

void do_coprocessor_segment_overrun(long esp, long error_code)
{
	die("coprocessor segment overrun",esp,error_code);
}

void do_invalid_TSS(long esp,long error_code)
{
	die("invalid TSS",esp,error_code);
}

void do_segment_not_present(long esp,long error_code)
{
	die("segment not present",esp,error_code);
}

void do_stack_segment(long esp,long error_code)
{
	die("stack segment",esp,error_code);
}

void do_coprocessor_error(long esp, long error_code)
{
	if (last_task_used_math != current)
		return;
	die("coprocessor error",esp,error_code);
}

void do_reserved(long esp, long error_code)
{
	die("reserved (15,17-47) error",esp,error_code);
}

// 异常(陷阱)中断程序初始化子程序。设置他们的中断调用门(中断向量)。
// set_trap_gate()与set_system_gate()都使用了中断描述符表IDT中的陷阱门(Trap Gate),
// 他们之间的主要区别在于前者设置的特权级为0，后者是3.因此断点陷阱中断int3、溢出中断
// overflow和边界出错中断bounds可以由任何程序产生。
// 这两个函数均是嵌入式汇编宏程序(include/asm/system.h中)
void trap_init(void)
{
	int i;

    // 设置除操作出错的中断向量值。
	set_trap_gate(0,&divide_error);
	set_trap_gate(1,&debug);
	set_trap_gate(2,&nmi);
	set_system_gate(3,&int3);					/* int3-5 can be called from all */
	set_system_gate(4,&overflow);
	set_system_gate(5,&bounds);
	set_trap_gate(6,&invalid_op);
	set_trap_gate(7,&device_not_available);
	set_trap_gate(8,&double_fault);
	set_trap_gate(9,&coprocessor_segment_overrun);
	set_trap_gate(10,&invalid_TSS);
	set_trap_gate(11,&segment_not_present);
	set_trap_gate(12,&stack_segment);
	set_trap_gate(13,&general_protection);
	set_trap_gate(14,&page_fault);
	set_trap_gate(15,&reserved);
	set_trap_gate(16,&coprocessor_error);

    // 下面把int17-47的陷阱门先均设置为reserved,以后各硬件初始化时会重新设置自己的陷阱门。
	for (i=17;i<48;i++)
		set_trap_gate(i,&reserved);
		
    // 设置协处理器中断0x2d(45)陷阱门描述符，并允许其产生中断请求。设置并行口中断描述符。
	set_trap_gate(45,&irq13);
	outb_p(inb_p(0x21)&0xfb,0x21);  			// 允许8259A主芯片的IRQ2中断请求。
	outb(inb_p(0xA1)&0xdf,0xA1);    			// 允许8259A从芯片的IRQ3中断请求。
	set_trap_gate(39,&parallel_interrupt); 		// 设置并行口1的中断0x27陷阱门的描述符。
}