ARM Linux 中断机制
一、中断的基本概念
分类 | 说明 |
硬件中断 | 由外设(如键盘、鼠标、定时器等)产生的中断信号触发,需要 CPU 立即响应。 |
软件中断 | 由软件指令(如系统调用)触发,用于内核态与用户态的交互。 |
二、中断处理流程
硬件中断触发
中断源:外设或 GIC(Generic Interrupt Controller)生成中断信号。
中断向量表:ARM 处理器通过固定地址(如0x00000000
或0xFFFF0000
)的异常向量表跳转到中断处理程序。
CPU 响应中断
保存上下文:CPU 将当前程序计数器(PC)和状态寄存器(CPSR)保存到中断专用寄存器(如LR
和SPSR
)。
模式切换:进入中断模式(IRQ 或 FIQ),并禁用同名中断以防止嵌套。
中断处理程序执行
上半部分(Top Half):
快速处理关键任务(如清除中断标志、屏蔽同类中断)。
使用local_irq_disable()
关闭本地中断,避免竞态条件。
底半部分(Bottom Half):
延迟处理非紧急任务(如数据拷贝、用户空间交互)。
通过软中断(Softirq)、任务队列(Tasklet)或工作队列(Workqueue)实现。
恢复上下文
退出中断:从LR
恢复 PC,从SPSR
恢复 CPSR,重新启用中断。
三、中断控制器(GIC)
功能 | 说明 |
中断分发 | GIC 接收硬件中断信号,根据优先级分发给指定 CPU 核心。 |
中断类型 | SGI:软件触发中断(用于核间通信,如 IPI)。 PPI:私有外设中断(特定 CPU 的外设)。 SPI:共享外设中断(所有 CPU 共享的外设)。 |
四、中断初始化
1、内核启动阶段:
初始化异常向量表(trap_init()
或early_trap_init()
)。
调用init_IRQ()
注册中断处理函数。
2、GIC 配置:
设置中断优先级、触发方式(边沿/电平)。
分配中断号给外设。
五、中断处理优化
技术 | 作用 |
中断屏蔽 | 通过local_irq_disable() 临时关闭中断,减少嵌套开销。 |
底半机制 | 将非关键任务延后处理,缩短中断关闭时间,提升响应速度。 |
相关问题与解答
问题1:ARM Linux 中如何区分 IRQ 和 FIQ 模式?
解答:
IRQ 和 FIQ 是 ARM 的两种中断模式,区别如下:
FIQ(快速中断):用于高优先级、需快速响应的中断(如实时任务),处理程序直接从异常向量表中跳转,上下文保存更少。
IRQ(普通中断):用于常规外设中断,处理流程更复杂,支持嵌套和底半机制,两者通过中断控制寄存器(如CPSR
的 I/F 位)区分。
问题2:为什么需要底半机制?
解答:
底半机制将中断处理分为两部分:
1、上半部分:在中断上下文中执行,需快速完成(如清除中断标志)。
2、底半部分:在正常内核上下文中执行,可安全调用睡眠函数或复杂操作(如调度任务)。
此举避免了长时间关闭中断导致的系统响应延迟,同时保证关键任务优先处理。
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