LiteOS中断模块的源代码

1、中断概念介绍

中断是指出现需要时，CPU暂停执行当前程序，转而执行新程序的过程。当外设需要CPU时，将通过产生中断信号使CPU立即中断当前任务来响应中断请求。在剖析中断源代码之前，下面介绍些中断相关的硬件、中断相关的概念。

1.1 中断相关的硬件介绍

与中断相关的硬件可以划分为三类：设备、中断控制器、CPU本身。

设备

发起中断的源，当设备需要请求CPU时，产生一个中断信号，该信号连接至中断控制器。

中断控制器

中断控制器是CPU众多外设中的一个，它一方面接收其它外设中断引脚的输入。另一方面，它会发出中断信号给CPU。可以通过对中断控制器编程来打开和关闭中断源、设置中断源的优先级和触发方式。

CPU

CPU会响应中断源的请求，中断当前正在执行的任务，转而执行中断处理程序。

1.2 中断相关的概念

中断号

每个中断请求信号都会有特定的标志，使得计算机能够判断是哪个设备提出的中断请求，这个标志就是中断号。

中断优先级

为使系统能够及时响应并处理所有中断，系统根据中断时间的重要性和紧迫程度，将中断源分为若干个级别，称作中断优先级。

中断处理程序

当外设产生中断请求后，CPU暂停当前的任务，转而响应中断申请，即执行中断处理程序。产生中断的每个设备都有相应的中断处理程序。

中断向量

中断服务程序的入口地址 。

中断向量表

存储中断向量的存储区，中断向量与中断号对应，中断向量在中断向量表中按照中断号顺序存储。

中断共享

当外设较少时，可以实现一个外设对应一个中断号，但为了支持更多的硬件设备，可以让多个设备共享一个中断号，共享同一个中断号的中断处理程序形成一个链表。当外部设备产生中断申请时，系统会遍历中断号对应的中断处理程序链表，直到找到对应设备的中断处理程序。在遍历执行过程中，各中断处理程序可以通过检测设备ID，判断是否是这个中断处理程序对应的设备产生的中断。

我们再看看LiteOS内核中断源代码。

2、LiteOS内核中断源代码

2.1 中断相关的结构体

在文件kernel\base\include\los_hwi_pri.h中定义了2个结构体，HwiHandleInfo和HwiControllerOps。HwiHandleInfo结构体记录中断处理程序的相关信息，包括中断处理程序、中断共享模式或中断处理程序参数、中断处理程序执行的次数等。开启共享中断时，还包含指向下一个中断处理程序结构体的链表指针，如⑴所示。中断控制器操作项结构体HwiControllerOps包括中断操作相关的函数，如触发中断、清除中断、使能中断、失能中断、设置中断优先级、获取当前中断号、获取中断版本、根据中断号获取中断处理程序信息、处理调用中断程序。对于SMP多核，还包括设置中断CPU亲和性，发送核间中断等函数，如⑵所示。

复制代码

⑴  typedef struct tagHwiHandleForm {

        HWI_PROC_FUNC hook;        /* 中断处理函数 */

        union {

            HWI_ARG_T shareMode;    /* 共享中断时，头节点使用此成员表示共享标志位 */

            HWI_ARG_T registerInfo; /* 共享模式的设备节点，非共享模式时，表示中断处理函数的参数*/

        };

    #ifndef LOSCFG_NO_SHARED_IRQ

        struct tagHwiHandleForm *next;

    #endif

        UINT32 respCount; /* 中断程序执行次数 */

    } HwiHandleInfo;

⑵  typedef struct {

        VOID (*triggerIrq)(HWI_HANDLE_T hwiNum);

        VOID (*clearIrq)(HWI_HANDLE_T hwiNum);

        VOID (*enableIrq)(HWI_HANDLE_T hwiNum);

        VOID (*disableIrq)(HWI_HANDLE_T hwiNum);

        UINT32 (*setIrqPriority)(HWI_HANDLE_T hwiNum, UINT8 priority);

        UINT32 (*getCurIrqNum)(VOID);

        CHAR *(*getIrqVersion)(VOID);

        HwiHandleInfo *(*getHandleForm)(HWI_HANDLE_T hwiNum);

        VOID (*handleIrq)(VOID);

    #ifdef LOSCFG_KERNEL_SMP

        VOID (*setIrqCpuAffinity)(HWI_HANDLE_T hwiNum, UINT32 cpuMask);

        VOID (*sendIpi)(UINT32 target, UINT32 ipi);

    #endif

    } HwiControllerOps;

复制代码

kernel\include\los_hwi.h定义的结构体HWI_IRQ_PARAM_S，用于处理中断处理程序的参数，包含中断号、设备Id、中断名称等。在创建、删除中断时，需要提供这个参数。

typedef struct tagIrqParam {

    int swIrq;          /**< 中断号 */

    VOID *pDevId;      /**< 发起中断的设备Id */

    const CHAR *pName;  /**< 中断名称 */

} HWI_IRQ_PARAM_S;

2.2 中断初始化OsHwiInit()

在系统启动时，在kernel\init\los_init.c中调用OsHwiInit()进行中断初始化。这个函数定义在kernel\base\los_hwi.c，然后进一步调用定义在targets\bsp\hw\arm\interrupt\nvic\nvic.c文件中HalIrqInit()函数完成中断向量初始化，并调用OsHwiControllerReg()注册中断控制器操作项。在下文分析NVIC时再分析该函数HalIrqInit()。

复制代码

/* Initialization of the hardware interrupt */

LITE_OS_SEC_TEXT_INIT VOID OsHwiInit(VOID)

{

    HalIrqInit();

    return;

}

复制代码

2.3 创建中断UINT32 LOS_HwiCreate()

开发者可以调用函数UINT32 LOS_HwiCreate()创建中断，注册中断处理程序。我们先看看这个函数的参数，HWI_HANDLE_T hwiNum是硬件中断号，HWI_PRIOR_T hwiPrio中断的优先级，HWI_MODE_T hwiMode中断模式，可以用来标记是否共享中断。HWI_PROC_FUNC hwiHandler是需要注册的中断处理程序，中断被触发后会调用这个函数。HWI_IRQ_PARAM_S *irqParam是中断处理程序的参数。

一起剖析下这个函数的源代码，⑴处代码获取对应中断号hwiNum的中断处理程序信息，其中g_hwiOps是中断初始化时注册的中断控制器操作项，后文分析NVIC时会分析该中断控制器操作项。⑵、⑶处根据是否开启了共享中断LOSCFG_NO_SHARED_IRQ来分别配置创建中断。⑷处在创建中断成功，且支持配置中断优先级时，调用g_hwiOps->setIrqPriority(hwiNum, hwiPrio)函数设置中断的优先级。

复制代码

LITE_OS_SEC_TEXT_INIT UINT32 LOS_HwiCreate(HWI_HANDLE_T hwiNum,

                                          HWI_PRIOR_T hwiPrio,

                                          HWI_MODE_T hwiMode,

                                          HWI_PROC_FUNC hwiHandler,

                                          HWI_IRQ_PARAM_S *irqParam)

{

    UINT32 ret;

    HwiHandleInfo *hwiForm = NULL;

    if (hwiHandler == NULL) {

        return OS_ERRNO_HWI_PROC_FUNC_NULL;

    }

⑴  hwiForm = g_hwiOps->getHandleForm(hwiNum);

    if (hwiForm == NULL) {

        return OS_ERRNO_HWI_NUM_INVALID;

    }

    LOS_TRACE(HWI_CREATE, hwiNum, hwiPrio, hwiMode, (UINTPTR)hwiHandler);

#ifdef LOSCFG_NO_SHARED_IRQ

⑵  ret = OsHwiCreateNoShared(hwiForm, hwiMode, hwiHandler, irqParam);

#else

⑶  ret = OsHwiCreateShared(hwiForm, hwiMode, hwiHandler, irqParam);

    LOS_TRACE(HWI_CREATE_SHARE, hwiNum, (UINTPTR)(irqParam != NULL ? irqParam->pDevId : NULL), ret);

#endif

    if ((ret == LOS_OK) && (g_hwiOps->setIrqPriority != NULL)) {

        if (!HWI_PRI_VALID(hwiPrio)) {

            return OS_ERRNO_HWI_PRIO_INVALID;

        }

⑷      ret = g_hwiOps->setIrqPriority(hwiNum, hwiPrio);

    }

    return ret;

}

复制代码

2.3.1 不支持共享中断时创建中断UINT32 OsHwiCreateNoShared()

我们先看下没有开启共享中断支持时，如何创建中断。⑴处代码表示如果创建的中断的模式hwiMode等于共享模式IRQF_SHARED，则返回错误OS_ERRNO_HWI_SHARED_ERROR。⑵处代码判断中断处理程序hwiForm->hook是否为空，为空时则把hwiHandler赋值赋值给它；hwiForm->hook不为空则执行⑹，说明中断已经创建过，返回异常OS_ERRNO_HWI_ALREADY_CREATED；⑷处判断irqParam是否为空，如果不为空，则为这个中断处理程序的参数申请内存，设置数组，并赋值给hwiForm->registerInfo。⑸处表示如果为中断处理程序的参数申请内存失败，则返回异常。

复制代码

STATIC UINT32 OsHwiCreateNoShared(HwiHandleInfo *hwiForm, HWI_MODE_T hwiMode, HWI_PROC_FUNC hwiHandler,

                                  const HWI_IRQ_PARAM_S *irqParam)

{

    UINT32 intSave;

⑴  if (hwiMode & IRQF_SHARED) {

        return OS_ERRNO_HWI_SHARED_ERROR;

    }

    HWI_LOCK(intSave);

⑵  if (hwiForm->hook == NULL) {

⑶      hwiForm->hook = hwiHandler;

⑷      if (irqParam != NULL) {

            hwiForm->registerInfo = OsHwiCpIrqParam(irqParam);

⑸          if (hwiForm->registerInfo == (HWI_ARG_T)NULL) {

                HWI_UNLOCK(intSave);

                return OS_ERRNO_HWI_NO_MEMORY;

            }

        }

    } else {

        HWI_UNLOCK(intSave);

⑹      return OS_ERRNO_HWI_ALREADY_CREATED;

    }

    HWI_UNLOCK(intSave);

    return LOS_OK;

}

复制代码

可以结合示意图理解创建非共享中断，对应的中断处理信息表HwiHandleInfo *hwiForm结构体示意图如下。创建中断时，除了校验，主要是设置中断处理程序hwiForm->hook及其参数hwiForm->registerInfo。

2.3.2 支持共享时创建中断UINT32 OsHwiCreateShared()

我们先看下开启共享中断支持时，如何创建创建中断。支持共享中断时，可以创建共享中断，也可以创建非共享的中断，如果⑴处的modeResult == 1表示创建的是共享中断，否则是非共享中断。没有开启共享中断支持时，使用HwiHandleInfo *hwiForm单节点维护中断处理程序信息，开启共享中断支持时，需要使用HwiHandleInfo *hwiForm单链表来维护中断处理程序信息。

首先做些基础的参数校验，⑵处表示，如果创建的是共享中断，但是参数irqParam或参数的设备Id为空，返回错误OS_ERRNO_HWI_SHARED_ERROR。也就是说，共享模式hwiMode和中断处理程序的参数irqParam是必须的，因为需要指定特定的设备来共享同一个中断号。⑶处判断表示，如果head->next不为空，说明此中断号已经有其他设备使用了，该中断号需要被不同的设备共享，此时如果hwiMode或head->shareMode不是共享模式，则返回错误。⑷处while循环代码处理此中断号已经有其他设备使用的情况，依次循环中断处理信息表的单链表，判断是否已经存在同一个设备已经注册的情况，如果存在则返回错误OS_ERRNO_HWI_ALREADY_CREATED。循环完毕之后，hwiForm为链表中的最后一个设备节点。如果创建的不是共享中断，循环条件不满足，此处代码就不会执行。

做完参数校验后，⑸处为一个HwiHandleInfo节点申请内存，申请的这个节点是中断的设备节点，管理具体设备的中断处理程序信息，参数列表中的节点HwiHandleInfo *head是中断头节点，只标记是不是共享中断，可以参考下文的示意图，来加深理解。如果申请失败则返回错误OS_ERRNO_HWI_NO_MEMORY；申请成功继续执行后面的语句，把hwiForm->respCount赋值为0，表示中断处理程序还没有执行过。⑹处代码判断参数irqParam，不为空时申请内存空间保存参数，否则参数赋值为0。⑺处把新增设备的中断处理程序赋值给hwiFormNode->hook，然后把新增的节点挂载链表的尾部。⑻处表示更新头节点的共享模式。

复制代码

STATIC UINT32 OsHwiCreateShared(HwiHandleInfo *head, HWI_MODE_T hwiMode, HWI_PROC_FUNC hwiHandler,

                                const HWI_IRQ_PARAM_S *irqParam)

{

    UINT32 intSave;

    HwiHandleInfo *hwiFormNode = NULL;

    HWI_IRQ_PARAM_S *hwiParam = NULL;

⑴  HWI_MODE_T modeResult = hwiMode & IRQF_SHARED;

    HwiHandleInfo *hwiForm = NULL;

⑵  if (modeResult && ((irqParam == NULL) || (irqParam->pDevId == NULL))) {

        return OS_ERRNO_HWI_SHARED_ERROR;

    }

    HWI_LOCK(intSave);

⑶  if ((head->next != NULL) && ((modeResult == 0) || (!(head->shareMode & IRQF_SHARED)))) {

        HWI_UNLOCK(intSave);

        return OS_ERRNO_HWI_SHARED_ERROR;

    }

    hwiForm = head;

⑷  while (hwiForm->next != NULL) {

        hwiForm = hwiForm->next;

        hwiParam = (HWI_IRQ_PARAM_S *)(hwiForm->registerInfo);

        if (hwiParam->pDevId == irqParam->pDevId) {

            HWI_UNLOCK(intSave);

            return OS_ERRNO_HWI_ALREADY_CREATED;

        }

    }

⑸  hwiFormNode = (HwiHandleInfo *)LOS_MemAlloc(m_aucSysMem0, sizeof(HwiHandleInfo));

    if (hwiFormNode == NULL) {

        HWI_UNLOCK(intSave);

        return OS_ERRNO_HWI_NO_MEMORY;

    }

    hwiForm->respCount = 0;

⑹  if (irqParam != NULL) {

        hwiFormNode->registerInfo = OsHwiCpIrqParam(irqParam);

        if (hwiFormNode->registerInfo == (HWI_ARG_T)NULL) {

            HWI_UNLOCK(intSave);

            (VOID) LOS_MemFree(m_aucSysMem0, hwiFormNode);

            return OS_ERRNO_HWI_NO_MEMORY;

        }

    } else {

        hwiFormNode->registerInfo = 0;

    }

⑺  hwiFormNode->hook = hwiHandler;

    hwiFormNode->next = (struct tagHwiHandleForm *)NULL;

    hwiForm->next = hwiFormNode;

⑻  head->shareMode = modeResult;

    HWI_UNLOCK(intSave);

    return LOS_OK;

}

复制代码

配置完毕中断后，对应的中断处理信息表HwiHandleInfo *hwiForm示意图如下：

可以结合示意图来理解在开启共享中断支持时，如何创建中断。HwiHandleInfo *hwiForm结构体单链表示意图如下。创建非共享中断时，只需要两个节点，左侧头结点中的head->shareMode等于0，表示非共享中断，右侧一个设备节点，表示指定设备的中断处理程序，包含中断处理程序hwiForm->hook及其参数hwiForm->registerInfo，hwiForm->next为空。创建共享中断时，至少两个节点，左侧头结点中的head->shareMode等于1，表示共享中断，右侧一到多个设备节点，表示不同设备的中断处理程序，包含中断处理程序hwiForm->hook及其参数hwiForm->registerInfo，hwiForm->next依次指向下一个设备的节点，最后一个节点的hwiForm->next为空。

2.4 删除中断UINT32 LOS_HwiDelete()

中断删除操作是创建操作的反向操作，也比较好理解。开发者可以调用函数UINT32 LOS_HwiDelete(HWI_HANDLE_T hwiNum, HWI_IRQ_PARAM_S *irqParam)删除中断。我们先看看这个函数的参数，HWI_HANDLE_T hwiNum是硬件中断号，HWI_IRQ_PARAM_S *irqParam是中断处理程序的参数，如果开启了共享中断需要该参数来删除指定设备的中断信息。

一起剖析下这个函数的源代码，⑴处代码获取对应中断号hwiNum的中断处理程序信息，其中g_hwiOps是中断初始化时注册的中断控制器操作项。⑵、⑶处根据是否开启了共享中断LOSCFG_NO_SHARED_IRQ来分别调用相应的函数删除中断。

复制代码

LITE_OS_SEC_TEXT_INIT UINT32 LOS_HwiDelete(HWI_HANDLE_T hwiNum, HWI_IRQ_PARAM_S *irqParam)

{

    UINT32 ret;

⑴  HwiHandleInfo *hwiForm = g_hwiOps->getHandleForm(hwiNum);

    if (hwiForm == NULL) {

        return OS_ERRNO_HWI_NUM_INVALID;

    }

    LOS_TRACE(HWI_DELETE, hwiNum);

#ifdef LOSCFG_NO_SHARED_IRQ

    (VOID)irqParam;

⑵  ret = OsHwiDelNoShared(hwiForm);

#else

⑶  ret = OsHwiDelShared(hwiForm, irqParam);

    LOS_TRACE(HWI_DELETE_SHARE, hwiNum, (UINTPTR)(irqParam != NULL ? irqParam->pDevId : NULL), ret);

#endif

    return ret;

}

复制代码

没有开启共享中断支持时，删除中断调用OsHwiDelNoShared(hwiForm)函数，中断处理程序hwiForm->hook，释放内存等，代码简单，读者自行阅读。我们主要来剖析下支持共享中断时，是如何调用UINT32 OsHwiDelShared(HwiHandleInfo *head, const HWI_IRQ_PARAM_S *irqParam)删除中断的。

2.4.1 支持共享时删除中断UINT32 OsHwiDelShared()

我们来分析下开启共享中断支持时，删除中断的源代码流程是什么样的。⑴处表示，如果删除的是共享中断，但是参数irqParam或参数的设备Id为空，返回错误OS_ERRNO_HWI_SHARED_ERROR。⑵处表示删除的是非共享中断，如果wiForm->registerInfo不为空，则释放参数占用的内存，然后释放设备节点占用的内存，并把head->next置空。

⑶处代码处理如何删除共享中断。⑷处while循环对中断程序信息链表上的设备节点进行遍历。⑸处表示如果没有匹配到要删除的设备，则继续遍历下一个设备节点。⑹处表示匹配到要删除的设备中断处理程序节点，则释放参数的内存、释放设备节点内存，并执行⑺，标记匹配到设备节点，然后跳出循环。⑻处，如果循环遍历完毕，还没有匹配到设备节点，则返回错误。⑼处表示如果删除设备节点后，只有一个头结点，则把共享模式改为非共享。

复制代码

STATIC UINT32 OsHwiDelShared(HwiHandleInfo *head, const HWI_IRQ_PARAM_S *irqParam)

{

    HwiHandleInfo *hwiFormtmp = NULL;

    HwiHandleInfo *hwiForm = NULL;

    UINT32 find = FALSE;

    UINT32 intSave;

    HWI_LOCK(intSave);

⑴  if ((head->shareMode & IRQF_SHARED) && ((irqParam == NULL) || (irqParam->pDevId == NULL))) {

        HWI_UNLOCK(intSave);

        return OS_ERRNO_HWI_SHARED_ERROR;

    }

⑵  if ((head->next != NULL) && !(head->shareMode & IRQF_SHARED)) {

        hwiForm = head->next;

        if (hwiForm->registerInfo) {

            (VOID) LOS_MemFree(m_aucSysMem0, (VOID *)hwiForm->registerInfo);

        }

        (VOID) LOS_MemFree(m_aucSysMem0, hwiForm);

        head->next = NULL;

        head->respCount = 0;

        HWI_UNLOCK(intSave);

        return LOS_OK;

    }

⑶  hwiFormtmp = head;

    hwiForm = head->next;

⑷  while (hwiForm != NULL) {

⑸      if (((HWI_IRQ_PARAM_S *)(hwiForm->registerInfo))->pDevId != irqParam->pDevId) {

            hwiFormtmp = hwiForm;

            hwiForm = hwiForm->next;

        } else {

⑹          hwiFormtmp->next = hwiForm->next;

            (VOID) LOS_MemFree(m_aucSysMem0, (VOID *)hwiForm->registerInfo);

            (VOID) LOS_MemFree(m_aucSysMem0, hwiForm);

⑺          find = TRUE;

            break;

        }

    }

⑻  if (!find) {

        HWI_UNLOCK(intSave);

        return OS_ERRNO_HWI_HWINUM_UNCREATE;

    }

⑼  if (head->next == NULL) {

        head->shareMode = 0;

    }

    HWI_UNLOCK(intSave);

    return LOS_OK;

}

复制代码

2.5 中断控制器操作项函数

其他操作代码结构非常类似，以UINT32 LOS_HwiEnable(HWI_HANDLE_T hwiNum)为例剖析一下，执行⑴处代码，调用NVIC中定义的中断控制器操作项g_hwiOps->enableIrq对应的函数HalIrqUnmask()，然后调用arch\arm\cortex_m\cmsis\core_cm7.h中的NVIC_EnableIRQ()函数，CMSIS中的代码以后专门分析，此处不再深入剖析。

复制代码

LITE_OS_SEC_TEXT_INIT UINT32 LOS_HwiEnable(HWI_HANDLE_T hwiNum)

{

    if (!HWI_NUM_VALID(hwiNum)) {

        return OS_ERRNO_HWI_NUM_INVALID;

    }

    OS_RETURN_ERR_FUNCPTR_IS_NULL(g_hwiOps->enableIrq, OS_ERRNO_HWI_PROC_FUNC_NULL);

    LOS_TRACE(HWI_ENABLE, hwiNum);

⑴  g_hwiOps->enableIrq(hwiNum);

    return LOS_OK;

}

复制代码

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