Linux如何及时响应外部中断

FPGA每隔100us给运行linux的ARM一个中断，要求在20us内响应中断，并读走200016bit的数据。

目前主要的问题是，当系统同时发生多个中断时，会严重影响linux对FPGA中断的响应时间。如何解决？

1、首先想到了ARM的FIQ，它可以打断IRQ中断服务程序，保证对外部FIQ的及时响应。但是发现linux只实现了IRQ，没有显示FIQ。

linux是从devicetree读取中断号，加入中断向量表的。

interrupts = <0x0 0x32 0x0>;中的第一个字段0表示非共享中断，非零表示共享中断，SDK产生的dts统一为0，此时第二字段的值比XPS中的小32；如果第一字段非零，则第二字段比XPS小16

最后字段表示中断的触发方式。

IRQ_TYPE_EDGE_RISING =0x00000001,

IRQ_TYPE_EDGE_FALLING =0x00000002,

IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH =0x00000004,

IRQ_TYPE_LEVEL_LOW =0x00000008,

很明显，devicetree根本没有提供通知linux有FIQ的渠道。

2、再来看linux的IRQ

linux的中断分为上半部和下半部，上半部运行在IRQ模式，会屏蔽所有中断，下半部运行在SVC模式，会重新打开中断。

也就是说，当一个中断的上半部正在运行时（不能再次响应中断），FPGA的中断是不能被linux响应的；

反过来，当FPGA中断的上半部正在运行时（不能再次响应中断），其他的中断也不能被linux响应；

unsigned long flags;

local_irq_save(flags);

local_irq_restore(flags);

3

ARM有七种模式，我们这里只讨论SVC、IRQ和FIQ模式。

我们可以假设ARM核心有两根中断引脚（实际上是看不见的），一根叫 irq pin, 一根叫fiq pin

在ARM的cpsr中，有一个I位和一个F位，分别用来禁止IRQ和FIQ的。

先不说中断控制器，只说ARM核心。正常情况下，ARM核都只是机械地随着pc的指示去做事情，当CPSR中的I和F位为1的时候，IRQ和FIQ全部处于禁止状态。无论你在irq

pin和fiq pin上面发什么样的中断信号，ARM是不会理你的，你根本不能打断他，因为他耳聋了，眼也瞎了。

在I位和F位为0的时候，当irq

pin上有中断信号过来的时候，就会打断arm的当前工作，并且切换到IRQ模式下，并且跳到相应的异常向量表（vector)位置去执行代码。这个过程是自动的，但是返回到被中断打断的地方就得您亲自动手了。当你跳到异常向量表，处于IRQ的模式的时候，这个时候如果irq

pin上面又来中断信号了，这个时候ARM不会理你的，irq

pin就跟秘书一样，ARM核心就像老板，老板本来在做事，结果来了一个客户，秘书打断它，让客户进去了。而这个时候再来一个客户，要么秘书不断去敲门问，要么客户走人。老板第一个客户没有会见完，是不会理你的。

但是有一种情况例外，当ARM处在IRQ模式，这个时候fiq pin来了一个中断信号，fiq

pin是什么？是快速中断呀，比如是公安局的来查刑事案件，那才不管你老板是不是在会见客户，直接打断，进入到fiq模式下，并且跳到相应的fiq的异常向量表处去执行代码。那如果当ARM处理FIQ模式，fiq

pin又来中断信号，又就是又一批公安来了，那没戏，都是执法人员，你打不断我。那如果这个时候irq

pin来了呢？来了也不理呀，正在办案，还敢来妨碍公务。

所以得出一个结论： IRQ模式只能被FIQ模式打断，FIQ模式下谁也打不断。

在打不断的情况下，irq pin 或 fiq pin随便你怎么发中断信号，都是白发。

所以除了fiq能打断irq以外，根本没有所谓中断嵌套的情况。

Linux不用FIQ,只用到了IRQ。但是我们有时候一个中断需要处理很长时间，那我们就需要占用IRQ模式那么长的时间吗？没有，linux在IRQ模式下只是简单的记录是什么中断，马上就切换回了SVC模式，换句话说，Linux的中断处理都是在SVC模式下处理的。

只不过SVC模式下的ISR上半部关闭了当前中断线，下半部才重新打开

void_attribute_(type)

是一个函数 返回值为一个类型名;

interrupt(char)

也是一个函数 作用是将一个有标识作用的字符串转换为void_attribute_(type)可识别参数

SysTick_Handler(void)

仍是一个函数，没有参数，但有返回值，返回值类型由void_attribute_(type) 决定，作用是完成一些内部 *** 作

本语句整体上是SysTick_Handler(void)引领定义的函数体

老城百姓

异常和中断

1ARM

处理器复位后，处理器硬件将进行如下 *** 作:

(1)

强制进入管理模式;

(2)

强制进入到

ARM

状态;

(3)

跳转到绝对地址

PC=0x00000000

出执行;

(4)

禁止

IRQ

中断和

FIQ

中断。

复位后

CPSR

中最后

4

位状态为

0011，并且进入管理模式，执行 *** 作系统程序，

一般用做对系统的初始化，然后切换到用户模式，开始执行正常的用户程序，切

换到用户模式可以使用如下程序:

MRS

R0,CPSR

;读程序状态寄存器

BIC

R0,R0,#03

;把末两位清零

MSR

CPSR_c

,R0

;把修改后的值加载给状态寄存器，切换结束

ADD

R1,R2,R3

;用户程序

2未定义异常

ARM

处理器中有很多没有定义的代码，因为

ARM

使用

32

位代码，包含

2

的

31

次幂种。所以

ARM

指令集不能用尽所有的代码。

ARM

的未定义异常有两种情况:

(1)

遇到一条无法执行的指令，此指令没有定义;

(2)

执行一条协处理器的 *** 作指令，在正常情况下，协处理器应该应答，但是

没有，可能是因为干扰等原因。

当

发

生

此

异

常

时

，

处

理

器

硬

件

响

应

中

断

，

但是一般情况下是不希望产生异常的，如果是由于干扰引起的异常，那么在

异常中断处理中有一段专门的程序，让程序返回再重新执行该条指令，以判

断异常是否是由干扰引起。

当然也要注意哪种单片机应该使用哪种合适的指令集版本，因为还是约

有差异的，否则某些编译通过的指令也不能执行。

3

软件中断异常

软件中断异常是由指令

SWI

引起的，

程序执行这一条指令后，

进入异常中断。

处理器响应中断，硬件执行图如下:

软件中断处理程序完成后，使用下列返回指令返回到原中断处:

MOVS

PC

,

R14

软件中断异常把程序导入管理模式，而子程序调用属于用户模式。

4

预取指中断异常

。。。

。。

预取指中断异常和未定义指令异常都是由于不正常的指令国产引起，但是也

有区别:

(1)

未定义指令异常是内部异常中断，而他是外部信号引起的异常中断;

(2)

他并没有成功地取得一条指令。

他中断返回时，应该执行指令:SUBS

PC

,

R14

,

#4

5数据中止异常

。。。

。。。

6中断请求(IRQ)异常

在

ARM

处理器中，有一个输入逻辑

nIRQ

称为中断请求信号，这个输入信

号是由

ARM

处理器外围控制模块(片内)控制，当有满足中断条件的事件发生

时，

外围控制模块向

ARM

处理器发错

IRQ

信号，

ARM

处理器进入异常，

使

IRQ

中断是常用的中断，就像

51

系列单片机中定时器中断、串口中断、外部中断等。

中

断

可

以

通

过

CPSR[7]

来

屏

蔽

。

IRQ

完成中断处理后，

程序应该执行下列指令返回到原中断处:

SUBS

PC

,

R14

,

#4

7

快速中断(FIQ)请求异常

在

ARM

处理器中，有一个输入逻辑

nFIQ

称为中断请求信号，这个输入信

号是由

ARM

处理器外围控制模块(片内)控制，当有满足中断条件的事件发生

时，

外围控制模块向

ARM

处理器发错

FIQ

信号，

ARM

处理器进入异常。

使

FIQ

中断可以通过

CPSR[6]来屏蔽。

注意:进入异常会引起处理器模式转换。

这个有几个原因，请参考下面分析:

1，ucos

是多任务 *** 作系统，当系统正常运行时，必须建立一个以上的任务，否则系统处于死机崩溃状态，程序运行出现异常。

2，你的系统时钟中断程序有问题，应该关中断，调用过系统时钟后再开中断，否则系统时钟异常导致程序运行异常，具体程序如下:

void

Tmr_TickISR_Handler

(void)

{

T0IR

=

0xFF;

//清零中断标志位

OSIntEnter(

);

//

关中断，必须有

OSTimeTick();

OSIntExit();

//临界代码完成，与关中断成对使用

}

3，看你上面的程序里面，你想使用定时器1中断来处理一些信息，而程序无法运行到其中，可能的原因有:1)你的定时器1初始化异常。2)你系统里面的中断使能关掉了。其实多任务的时候，你完全可以将它分配到一个任务里处理，这样既可以充分利用多任务，又不会因为中断没处理好而出现异常，如果你想要求实时性较高，那你可以将这个人物的优先级设为最高。

4，UCOS初始化异常，UCOS系统初始化有固定的顺序以及模式，颠倒了就会出现异常。

5，系统时钟tick一般建议为10hz-50hz，太高的话在你初始化的时候，还没创建任务的时候都已经进行任务切换了而导致ucos崩溃。

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