目录
一、CP0概述
1.1 CP0概述
1.2 龙芯异常exception与中断interrupt的区别
二、CPU协处理器的异常处理
三、外部中断与外部中断控制器
3.1 外部中断源
3.2 如何配置外部中断源
3.3 外部中断的中断向量表
3.2.1 软件中断向量表结构定义:ls1b_irq.c
3.2.2 软件中断向量表定义:ls1b_irq.c和ls1b_irq.h
3.3.3 默认的中断处理或中断服务程序:ls1b_irq.c
3.3.4 中断向量表的初始化
3.3.5 安装用户自定义的中断服务程序的安装与移除
一、CP0概述
1.1 CP0概述
龙芯1B协处理器CP0(Coprocessor 0)是龙芯处理器(Loongson)中的一个重要组成部分,主要用于管理处理器的系统级行为和状态信息。CP0是一个与主处理器CPU紧密集成的协处理器,它的功能主要有以下几个方面:
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地址转换和虚拟存储管理MMU:CP0可以实现物理地址的解析和转换,支持虚拟存储管理,使得应用程序可以像访问物理内存一样方便地访问虚拟内存区域。
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异常和中断处理(本文要深入讨论的部分):CP0是处理器内部异常exception和外部中断Interrupt处理的核心,它存储了异常和中断向量表、错误状态码等信息,并负责中断的响应和异常处理程序的执行。
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性能计数器和性能分析:CP0中还包括可编程的性能计数器和时钟戳记寄存器,可以用于对程序的性能分析和调优,并支持操作系统的性能监控功能。
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系统控制寄存器:CP0中还包含了一些系统级别的控制寄存器,可以用于修改处理器的运行状态,如设置缓存策略、开/关写缓冲等。
总之,龙芯1B协处理器CP0是Loongson处理器的重要组成部分,它管理和控制处理器中的系统级行为和状态信息,为操作系统和应用程序提供了重要的支持和保障。
1.2 龙芯异常exception与中断interrupt的区别
龙芯处理器中的异常(exception)和中断(interrupt)在概念上是有区别的,它们分别代表了不同类型的事件和处理机制:
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异常(Exception):异常是指在程序执行过程中出现的一种非正常事件,通常是由指令执行时产生的,可以看作是处理器内部的问题。异常可以是因为错误的操作码、内存访问冲突、算术错误等原因导致的,需要处理器暂停当前指令的执行并执行相应的异常处理程序。异常通常由处理器本身或者处理器内部逻辑主动触发,它跳转到异常处理程序,处理完异常后再恢复到正常指令流程。
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中断(Interrupt):中断是指来自外部设备的一种请求,要求处理器暂停当前正在执行的程序,转而执行与中断相关的处理程序。中断是处理器响应外部事件的一种方式,可以是来自设备的信号或者时钟,需要处理器打断当前执行的指令流程,执行相应的中断服务程序,处理完中断后再返回到被中断的程序继续执行。
在龙芯处理器中,异常和中断的区别在于触发原因和处理方式上:异常通常是由指令执行过程中的内部错误或意外情况引发,需要处理器内部去处理;而中断是由外部事件触发,需要处理器响应外部设备的请求。处理器在接收到异常或中断信号后,会根据具体情况执行相应的处理程序,保证系统的稳定运行和正确性。
二、CPU协处理器的异常处理
三、外部中断与外部中断控制器
3.1 外部中断源
龙芯1B SOC芯片内置简单、灵活的中断控制器。
1B芯片的中断控制器除了管理 GPIO输入的中断信号外,中断控制器还处理内部设备引起的中断。所有的中断寄存器的位域安排相同,一个中断源对应其中一位。
SOC的中断控制器共四个中断线输出连接到CPU模块,分别对应 INT0, INT1, INT2, INT3。
SOC芯片中断控制器本身能够支持 64个内部中断和 64个 GPIO的中断,最大一共128个硬件外部中断源,这128个中断源分为四组,每组最大支持32个中断源,分别归组为:INT0, INT1, INT2, INT3。
其中 INT0和 INT1分别对应于 64个内部中断的前后 32位,INT2和 INT3对应于 64个外部 GPIO中断。但龙芯1B的实现过程中,并非所有的中断源都被使用,部分中断源是保留未使用,
具体中断源如下表所示:
从上图可以看出:
(1)GPIO31、GPIO62、GPIO63都未使用,属于保留位,因此一个64-3=61个GPIO中断源。
(2)并非所有的INT0和INT1的外设中断都被使用上,实际上,龙芯1B SOC芯片,并没有那么多外设,因此,大量的位都是闲置的,属于保留为,未定义其行为。
3.2 如何配置外部中断源
3.3 外部中断的中断向量表
3.2.1 软件中断向量表结构定义:ls1b_irq.c
/* 中断向量表 */
typedef struct isr_tbl
{void (*handler)(int, void *); // 中断句柄unsigned int arg; // 参数
} isr_tbl_t;
3.2.2 软件中断向量表定义:ls1b_irq.c和ls1b_irq.h
定义龙芯1B实际支持的中断源(去除保留位)
/******************************************************************************
* Interrupt Vector Numbers
* MIPS_INTERRUPT_BASE should be 32 (0x20)
******************************************************************************/
/*
* CP0 Cause ($12) IP bit(15:8)=IP[7:0],
* IP[1:0] is soft-interrupt
* Status($13) IM bit(15:8) if mask interrupts
*
*/
#define LS1B_IRQ_SW0 (MIPS_INTERRUPT_BASE + 0) # 协处理器的软中断
#define LS1B_IRQ_SW1 (MIPS_INTERRUPT_BASE + 1) # 协处理器的软中断
#define LS1B_IRQ0_REQ (MIPS_INTERRUPT_BASE + 2) # 协处理器的中断请求0
#define LS1B_IRQ1_REQ (MIPS_INTERRUPT_BASE + 3) # 协处理器的中断请求1
#define LS1B_IRQ2_REQ (MIPS_INTERRUPT_BASE + 4) # 协处理器的中断请求2
#define LS1B_IRQ3_REQ (MIPS_INTERRUPT_BASE + 5) # 协处理器的中断请求3
#define LS1B_IRQ_PERF (MIPS_INTERRUPT_BASE + 6) # 协处理器的性能统计中断
#define LS1B_IRQ_CNT (MIPS_INTERRUPT_BASE + 7) # 协处理器的计数或tick中断,操作系统调度使用
/*
* Interrupt Control 0 Interrupts: 中断控制器0支持的外设中断数量:29个
*/
#define LS1B_IRQ0_BASE (MIPS_INTERRUPT_BASE + 8)
#define LS1B_UART0_IRQ (LS1B_IRQ0_BASE + 2)
#define LS1B_UART1_IRQ (LS1B_IRQ0_BASE + 3)
#define LS1B_UART2_IRQ (LS1B_IRQ0_BASE + 4)
#define LS1B_UART3_IRQ (LS1B_IRQ0_BASE + 5)
#define LS1B_CAN0_IRQ (LS1B_IRQ0_BASE + 6)
#define LS1B_CAN1_IRQ (LS1B_IRQ0_BASE + 7)
#define LS1B_SPI0_IRQ (LS1B_IRQ0_BASE + 8)
#define LS1B_SPI1_IRQ (LS1B_IRQ0_BASE + 9)
#define LS1B_AC97_IRQ (LS1B_IRQ0_BASE + 10)
#define LS1B_DMA0_IRQ (LS1B_IRQ0_BASE + 13)
#define LS1B_DMA1_IRQ (LS1B_IRQ0_BASE + 14)
#define LS1B_DMA2_IRQ (LS1B_IRQ0_BASE + 15)
#define LS1B_PWM0_IRQ (LS1B_IRQ0_BASE + 17)
#define LS1B_PWM1_IRQ (LS1B_IRQ0_BASE + 18)
#define LS1B_PWM2_IRQ (LS1B_IRQ0_BASE + 19)
#define LS1B_PWM3_IRQ (LS1B_IRQ0_BASE + 20)
#define LS1B_RTC0_IRQ (LS1B_IRQ0_BASE + 21)
#define LS1B_RTC1_IRQ (LS1B_IRQ0_BASE + 22)
#define LS1B_RTC2_IRQ (LS1B_IRQ0_BASE + 23)
#define LS1B_TOY0_IRQ (LS1B_IRQ0_BASE + 24)
#define LS1B_TOY1_IRQ (LS1B_IRQ0_BASE + 25)
#define LS1B_TOY2_IRQ (LS1B_IRQ0_BASE + 26)
#define LS1B_RTC_IRQ (LS1B_IRQ0_BASE + 27)
#define LS1B_TOY_IRQ (LS1B_IRQ0_BASE + 28)
#define LS1B_UART4_IRQ (LS1B_IRQ0_BASE + 29)
#define LS1B_UART5_IRQ (LS1B_IRQ0_BASE + 30)
/*
* Interrupt Control 1 interrupts:中断控制器1支持的外设中断:4个
*/
#define LS1B_IRQ1_BASE (MIPS_INTERRUPT_BASE + 40)
#define LS1B_EHCI_IRQ (LS1B_IRQ1_BASE + 0)
#define LS1B_OHCI_IRQ (LS1B_IRQ1_BASE + 1)
#define LS1B_GMAC0_IRQ (LS1B_IRQ1_BASE + 2)
#define LS1B_GMAC1_IRQ (LS1B_IRQ1_BASE + 3)
/*
* Interrupt Control 2 interrupts (GPIO):中断控制器2支持的GPIO中断数:31个
*/
#define LS1B_IRQ2_BASE (MIPS_INTERRUPT_BASE + 72)
#define LS1B_GPIO0_IRQ (LS1B_IRQ2_BASE + 0)
#define LS1B_GPIO1_IRQ (LS1B_IRQ2_BASE + 1)
#define LS1B_GPIO2_IRQ (LS1B_IRQ2_BASE + 2)
#define LS1B_GPIO3_IRQ (LS1B_IRQ2_BASE + 3)
#define LS1B_GPIO4_IRQ (LS1B_IRQ2_BASE + 4)
#define LS1B_GPIO5_IRQ (LS1B_IRQ2_BASE + 5)
#define LS1B_GPIO6_IRQ (LS1B_IRQ2_BASE + 6)
#define LS1B_GPIO7_IRQ (LS1B_IRQ2_BASE + 7)
#define LS1B_GPIO8_IRQ (LS1B_IRQ2_BASE + 8)
#define LS1B_GPIO9_IRQ (LS1B_IRQ2_BASE + 9)
#define LS1B_GPIO10_IRQ (LS1B_IRQ2_BASE + 10)
#define LS1B_GPIO11_IRQ (LS1B_IRQ2_BASE + 11)
#define LS1B_GPIO12_IRQ (LS1B_IRQ2_BASE + 12)
#define LS1B_GPIO13_IRQ (LS1B_IRQ2_BASE + 13)
#define LS1B_GPIO14_IRQ (LS1B_IRQ2_BASE + 14)
#define LS1B_GPIO15_IRQ (LS1B_IRQ2_BASE + 15)
#define LS1B_GPIO16_IRQ (LS1B_IRQ2_BASE + 16)
#define LS1B_GPIO17_IRQ (LS1B_IRQ2_BASE + 17)
#define LS1B_GPIO18_IRQ (LS1B_IRQ2_BASE + 18)
#define LS1B_GPIO19_IRQ (LS1B_IRQ2_BASE + 19)
#define LS1B_GPIO20_IRQ (LS1B_IRQ2_BASE + 20)
#define LS1B_GPIO21_IRQ (LS1B_IRQ2_BASE + 21)
#define LS1B_GPIO22_IRQ (LS1B_IRQ2_BASE + 22)
#define LS1B_GPIO23_IRQ (LS1B_IRQ2_BASE + 23)
#define LS1B_GPIO24_IRQ (LS1B_IRQ2_BASE + 24)
#define LS1B_GPIO25_IRQ (LS1B_IRQ2_BASE + 25)
#define LS1B_GPIO26_IRQ (LS1B_IRQ2_BASE + 26)
#define LS1B_GPIO27_IRQ (LS1B_IRQ2_BASE + 27)
#define LS1B_GPIO28_IRQ (LS1B_IRQ2_BASE + 28)
#define LS1B_GPIO29_IRQ (LS1B_IRQ2_BASE + 29)
#define LS1B_GPIO30_IRQ (LS1B_IRQ2_BASE + 30)
/*
* Interrupt Control 3 source bit (GPIO):中断控制器3支持的GPIO中断数:30个。
*/
#define LS1B_IRQ3_BASE (MIPS_INTERRUPT_BASE + 104)
#define LS1B_GPIO32_IRQ (LS1B_IRQ3_BASE + 0)
#define LS1B_GPIO33_IRQ (LS1B_IRQ3_BASE + 1)
#define LS1B_GPIO34_IRQ (LS1B_IRQ3_BASE + 2)
#define LS1B_GPIO35_IRQ (LS1B_IRQ3_BASE + 3)
#define LS1B_GPIO36_IRQ (LS1B_IRQ3_BASE + 4)
#define LS1B_GPIO37_IRQ (LS1B_IRQ3_BASE + 5)
#define LS1B_GPIO38_IRQ (LS1B_IRQ3_BASE + 6)
#define LS1B_GPIO39_IRQ (LS1B_IRQ3_BASE + 7)
#define LS1B_GPIO40_IRQ (LS1B_IRQ3_BASE + 8)
#define LS1B_GPIO41_IRQ (LS1B_IRQ3_BASE + 9)
#define LS1B_GPIO42_IRQ (LS1B_IRQ3_BASE + 10)
#define LS1B_GPIO43_IRQ (LS1B_IRQ3_BASE + 11)
#define LS1B_GPIO44_IRQ (LS1B_IRQ3_BASE + 12)
#define LS1B_GPIO45_IRQ (LS1B_IRQ3_BASE + 13)
#define LS1B_GPIO46_IRQ (LS1B_IRQ3_BASE + 14)
#define LS1B_GPIO47_IRQ (LS1B_IRQ3_BASE + 15)
#define LS1B_GPIO48_IRQ (LS1B_IRQ3_BASE + 16)
#define LS1B_GPIO49_IRQ (LS1B_IRQ3_BASE + 17)
#define LS1B_GPIO50_IRQ (LS1B_IRQ3_BASE + 18)
#define LS1B_GPIO51_IRQ (LS1B_IRQ3_BASE + 19)
#define LS1B_GPIO52_IRQ (LS1B_IRQ3_BASE + 20)
#define LS1B_GPIO53_IRQ (LS1B_IRQ3_BASE + 21)
#define LS1B_GPIO54_IRQ (LS1B_IRQ3_BASE + 22)
#define LS1B_GPIO55_IRQ (LS1B_IRQ3_BASE + 23)
#define LS1B_GPIO56_IRQ (LS1B_IRQ3_BASE + 24)
#define LS1B_GPIO57_IRQ (LS1B_IRQ3_BASE + 25)
#define LS1B_GPIO58_IRQ (LS1B_IRQ3_BASE + 26)
#define LS1B_GPIO59_IRQ (LS1B_IRQ3_BASE + 27)
#define LS1B_GPIO60_IRQ (LS1B_IRQ3_BASE + 28)
#define LS1B_GPIO61_IRQ (LS1B_IRQ3_BASE + 29)
#define LS1B_MAXIMUM_VECTORS (LS1B_GPIO61_IRQ+1)
#define BSP_INTERRUPT_VECTOR_MIN 0
#define BSP_INTERRUPT_VECTOR_MAX LS1B_MAXIMUM_VECTORS
备注:中断向量表中一共支持8 + 29 + 4 + 31 + 30 = 8 + 33 + 61 = 102个中断。
中断向量表:
static isr_tbl_t isr_table[BSP_INTERRUPT_VECTOR_MAX];
3.3.3 默认的中断处理或中断服务程序:ls1b_irq.c
/** 默认中断 */
static void mips_default_isr(int vector, void *arg)
{unsigned int sr;unsigned int cause;mips_get_sr(sr);mips_get_cause(cause);printf("Unhandled isr exception: vector 0x%02x, cause 0x%08X, sr 0x%08X\n",vector, cause, sr);while (1);
}
3.3.4 中断向量表的初始化
/* * 初始化*/
void mips_init_isr_table(void)
{unsigned int i;for (i=0; i<BSP_INTERRUPT_VECTOR_MAX; i++) {isr_table[i].handler = mips_default_isr;isr_table[i].arg = i;}
}
使用默认的中断服务程序mips_default_isr初始化中断向量表。
3.3.5 安装用户自定义的中断服务程序的安装与移除
void ls1x_install_irq_handler(int vector, void (*isr)(int, void *), void *arg)
{if ((vector >= 0) && (vector < BSP_INTERRUPT_VECTOR_MAX)){mips_interrupt_disable();isr_table[vector].handler = isr;isr_table[vector].arg = (unsigned int)arg;mips_interrupt_enable();}
}void ls1x_remove_irq_handler(int vector)
{if ((vector >= 0) && (vector < BSP_INTERRUPT_VECTOR_MAX)){mips_interrupt_disable();isr_table[vector].handler = mips_default_isr;isr_table[vector].arg = vector;mips_interrupt_enable();}
}