[嵌入式]Linux应用开发（八）——中断体系结构

特此声明

各位有缘的好朋友们，因为我没有S3C2410这款板子，所以我只是在这里和大家分享我的读书笔记，希望博客中有出现不对的地方，欢迎大家指正！非常感谢

前言

1. 了解ARM体系CPU的7种工作模式
2. 了解S3C2410中断体系结构
3. 掌握S3C2410的中断服务程序的编写方式

一 中断体系结构

ARM体系CPU的7种工作模式

1. 用户模式：ARM处理器正常的程序执行状态
2. 快速中断模式：用于高速数据传输或通道处理（USART串口等）
3. 中断模式：用于通用的中断处理。（按键等）
4. 管理模式：操作系统使用的保护模式
5. 数据访问终止模式：当数据或指令预取终止时进入该模式，可用于虚拟存储及存储保护
6. 系统模式：运行具有特权的操作系统任务
7. 未定义指令中止模式：当未定义的指令执行时进入该模式，可用于支持硬件协处理器的软件仿真。

除用户模式外，其他6种工作模式都属于特权模式。大多数程序运行在用户模式，进入特权模式是为了处理中断，异常，或访问被保护的系统资源

ARM体系的CPU工作状态

1. ARM状态：此时处理器执行32位的字对齐的ARM指令。
2. Thumb状态：此时处理器执行16位的，半字对齐的Thumb指令。
   其实还有Thumb2状态，就是既可以执行16位的指令，还可以执行32位的ARM指令。

ARM状态下寄存器结构

ARM920T有31个通用的32位寄存器和6个程序状态寄存器。这37个寄存器分为7组，进入某个工作模式时就是使用它那组的寄存器。有些寄存器，不同的工作模式下有自己的副本，当切换到另一个工作模式时，那个工作模式的寄存器副本将会被使用：这些寄存器称为副本寄存器
有兴趣的朋友可以数一下，确实是37个。
其中R0~R15都是可以直接访问的，除R15外都是通用寄存器。他们既可以保存数据也可以用于保存地址。但是R13 ~R15比较特殊
R13：栈指针寄存器（SP），保存栈指针
R14：程序连接寄存器（LR），用来保存返回地址
R15：程序计数器（PC），用来存储CPU下一条执行指令的地址
快速中断模式有7个备份寄存器R8~R14，这使得进入快速中断模式执行很大一部分程序时（只要R0 ~ R7不改变），甚至不需要保存任何寄存器。其他模式都含有两个独占的寄存器副本R13，R14，这样可以令每一个模式拥有自己的栈指针寄存器和连接寄存器。

每种工作模式除了R0~R15外，还有第十七个寄存器 CPSR（当前程序状态寄存器），CPSR中一些位被用于标识各种状态，一些位被用于标识当前处于什么工作模式。
有兴趣的同学可以看下面的资料

中断控制器

CPU运行过程中，如何知道各类外设发生了某些不可预期事件，比如串口接收到了新数据，USB接口中插入了新设备，按下了某个按键等，主要是一下两种方法

中断检测方式

1. 查询方式：程序循环的检查各设备的状态并作出相应反应。（优点：实现简单，缺点：占CPU）
2. 中断方式：当事件发生时，硬件会设置某个寄存器；CPU在每执行完一个指令时，通过硬件查看这个寄存器，如果发现了所关注的事件发生，则中止当前程序的运行，跳转到另一个固定地址来处理事件，最后返回继续执行被中断程序。（实现复杂，效率很高）

中断处理流程

1. 中断控制器汇集各类外设发出的中断信号，然后告诉CPU
2. CPU保存当前程序运行环境（保护现场），调用中断服务程序来处理这个中断
3. 在中断服务程序中通过读取中断控制器（优先级等），外设的相关寄存器来判断是哪一种中断，并调用相应的中断函数进行处理
4. 清楚中断：通过读写中断控制器和外设相关寄存器来实现。
5. 最后恢复现场。

中断流程图

中断控制寄存器

1. SUBSPCPND寄存器：用来标识中断，每一位对应一个中断
2. INTSUBMSK寄存器：用来屏蔽SUBSRCPND寄存器所标识的中断
3. SRCPND寄存器：用来表示中断是否已经发生
4. INTMSK寄存器：用来屏蔽SRCPND寄存器所标识的中断，INTMSK只能屏蔽被设为IRQ的中断。
5. INTMOD寄存器：对应的中断设置为FIQ（1为快中断，0为普通中断）
6. PRIOTY寄存器：优先级寄存器
7. INTPND寄存器：经过中断优先级仲裁器选出优先级最高的中断后，这个中断在INTPND寄存器中的相应为被置为1，随后，CPU进入中断模式进行处理。
8. INTOFFSET寄存器：被用来表示上面寄存器中哪一个被置1了

中断控制器操作实例：外部中断

按键中断的思路

K1~K4四个按键所接的CPU引脚可以外设成外部中断功能。按下某个按键时，CPU调用其中的中断服务程序来点亮对应的LED

实验代码

同学们可以上www.100ask.com进行下载对应的源码。
其实很简单就是寄存器的移位操作，和中断服务的配置就好了

总结

希望对大家有用吧，至少清楚ARM的工作模式，寄存器的分布规则，中断处理流程，中断处理体系，中断寄存器的配置。

加油！这本书已经看完三分之二了！