ARM Linux中断发生时内核堆栈切换

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对ARM Linux中断非常简洁、精确的描述。


发生了中断,最重要的是保存现场,在中断处理完之后,能够恢复现场就OK了,硬件现场(hardware context)的保存是由硬件和软件共同完成的。

对于ARM,当发生中断的那一刻,硬件会进行如下的动作:

1、将发生中断那一刻的CPSR保存在SPSR寄存器中

2、将返回地址保存在lr寄存器中(注意:这个lr寄存器是IRQ mode的lr寄存器,可以表示为lr_irq)

真正将hardware context保存到内核栈上是软件的行为。当然,目标是一开始就设定好了,将发生中断那一刻的hardware context保存到current task的内核栈上。不同的CPU有不同的设计,提供不同的软件和硬件的接口,对于X86,硬件帮忙做的事情更多,而ARM更希望你自己能够自力更生(更简单的HW logic意味着更少的晶体管,更少的功耗,而这也是ARM在移动平台上能够横扫Intel的根本原因)。怎么办?hardware context包括了cpu中的各种寄存器,想要将hardware context压入内核栈首先要获取current thread的内核栈指针,任何对cpu寄存器的使用将破坏硬件上下文,因此,linux kernel采用的方法是借用12个字节的中断栈。方法如下:

1、在中断栈上保存了发生中断那一点的r0值、PC值以及CPSR值。你可能会觉得:PC和CPSR需要保存吗?不是硬件已经帮忙保存lr_irq(虽然不是PC值,但是和PC值有固定的偏移关系)和spsr_irq中了吗?之所以保存spsr_irq和lr_irq的值,那是因为随后在切换到svc mode的时候需要修改spsr_irq和lr_irq的值。之所以保存r0,是因为后续会修改r0的值,把它做为一个scratch register。

2、切换到svc mode,具体完成下面两个步骤:

(A)将处理器模式切换到svc mode

(B)根据发生中断那一点的处理器模式,将pc设定为__irq_usr或者__irq_svc

在上面的过程中,lr_irq,spsr_irq和r0被破坏了,但是没有关系,相关信息已经保存在了中断栈上了(sp_irq)

3、一旦切换到SVC mode,ARM处理器看到的寄存器已经发生变化,这里的sp已经变成了sp_svc了。问题来了:sp_svc是什么值?在进程切换的时候就已经设定好了,sp_svc被设定为current thread的内核栈。这时候,除了被破坏的三个寄存器保存在中断栈上,其他的寄存器毫发无伤,软件只要将这些hardware context压入current thread的内核栈上即可。

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