Linux内核中断和异常分析(中)

时间：2022-01-09 04:31:45

在linux内核中，每一个能够发出中断请求的硬件设备控制器都有一条名为IRQ的输出线。所有现在存在的IRQ线都与一个名为可编程中断控制器的硬件电路的输入引脚相连，上次讲到单片机的时候，我就讲到了单片机中断的一些概念。我们现在来看一幅图，更好说明一个问题：

这下面的这幅图是51单片机的一个关于矩阵键盘的学习的一个proteus的仿真电路图。

其中P3.2和P3.3为外部中断引脚，当可编程控制器(51MCU)收到外部中断响应的时候，会执行一些特定的操作，当然这需要开发者去编写一个中断初始化程序和一个中断服务程序。

Linux内核中断和异常分析(中)

那么，可编程中断控制器会做以下的操作：

1、监视IRQ线，我们可以理解就是监视单片机外部中断的IO口，检查产生的信号。如果有条或者两条以上的IRQ上产生信号，就选择引脚编号较小的IRQ线。

2、如果一个引发信号出现在IRQ线上：

a.把接收到的引发信号转换成对应的向量。

b.把这个向量存放在中断控制器的一个I/O端口，从而允许CPU通过数据总线读这个向量。

c.把引发信号发送到处理器的INTR引脚，即会产生一个中断。

d.等待，直到CPU通过把这个中断信号写进可编程中断控制器的一个I/O端口来确认它，当这种情况发送时，清INTR线。

3、最后一步返回到第一步继续监视，然后依次执行。

当然，也存在着一些更加高级的可编程中断控制器，其中ARM算一种，Intel也是，等等。。。单片机算是最简单的一种。像多APIC系统的结构，会存在以下的一个图的关系：

Linux内核中断和异常分析(中)

中断信号通过IO引脚，然后通过中断控制器I2C总线与相应的CPU进行通信。

一般情况下，有两种分发的方式：

1、静态分发模式：IRQ信号传递给重定向表相应的项中所列出的本地APIC，然后中断立即传递诶一个特定的CPU，或者是一组CPU，或者是所有的CPU。其实这是广播模式的一种模型，接触过UNIX网络编程应该会知道。

2、动态分发模式：如果处理器正在执行最低优先级的进程，IRQ信号线就会传递给这种处理器的本地APIC。也就是说，在CPU内部有一个控制优先级的寄存器，用来计算当前运行进程的优先级。如果两个或者多个CPU共享最低优先级，那么就利用仲裁的技术在这些CPU之间分配负荷等等的形式。

上篇文章曾介绍异常的相关，异常有很多种，在8086处理器可以找到多达20种不同的异常，内核必须为每种异常提供一个专门的异常处理程序。对于某些异常，CPU控制单元会在开始执行异常处理程序前产生一个硬件出错码，并且压入内核态的堆栈中去。

关于这个异常处理信息，我们有必要来了解以下perror这个函数。

perror( ) 用来将上一个函数发生错误的原因输出到标准设备(stderr)。参数 s 所指的字符串会先打印出，后面再加上错误原因字符串。此错误原因依照全局变量errno(这里的说法不准确,errno是一个宏,该宏返回左值) 的值来决定要输出的字符串。在库函数中有个errno变量，每个errno值对应着以字符串表示的错误类型。当你调用"某些"函数出错时，该函数已经重新设置了errno的值。perror函数只是将你输入的一些信息和现在的errno所对应的错误一起输出。
用法：void perror(const char *s); perror ("open_port");

我们写段代码来看看就知道了：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(void)
{
	FILE *filp ;
	filp = fopen("txt","r");
	if(NULL == filp)
	{
		perror("没有相应的文件");
	}
	return 0 ;
}

运行结果：

在当前目录下，找不到txt这个文件，所以perror会根据相应的出错信息打印No such file or directory。

Linux内核中断和异常分析(中)

看了这个函数的应用，相信更会理解上面的异常的相关知识。当然还有更多的，比如段错误，段错误是最常见的，一些初学者在使用指针的时候，没有分配相应的空间，这时候给指针赋值，虽然没有语法错误，但可能会有警告。当程序运行的时候，就会自动退出并提示段错误(Segment fault)，这一般是在linux上会出现这两个英语单词，在window的Devcpp上是这样,：

Linux内核中断和异常分析(中)

段错误的产生原因有很多种，程序在进行递归的时候，如果没有相应的条件退出的话，程序一旦进行死循环递归之后就会产生爆栈错误，也就是栈被挤爆了，栈这个概念其实并不陌生。我们在写C语言程序的时候，一旦写了一个子函数，那就相当于建立了一个堆栈，一般情况下函数在执行完退出后堆栈是自动分配，自动销毁的，不用程序员去手动malloc申请内存再free释放内存。因为手动分配的内存是用了堆区的内存，而自动分配是在栈区进行分配的。在32位操作系统上，栈的大小就只有12M，所以写代码的时候，一定要记得防止爆栈错误的产生，特别是递归！在main函数中多写些子函数是有好处的，要养成良好的编程习惯。

接下来的一篇，我将结合相应的内核驱动的代码实例来剖析linux内核中断与异常来作为文章的终结。欢迎持续关注Bruce.yang的嵌入式之旅！

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