一、实现芯片中断调试

在调试芯片中断子系统（bringup）时，厂商需要实现一系列与架构相关的函数（arch 函数），以完成以下任务：

• 初始化中断
• 启用和禁用中断
• 设置中断优先级

以下内容提供了具体的要求和实现示例。

1、需要实现的中断相关函数

以下是厂商（ Vendor）需要实现的中断相关函数及其功能说明。

1. 初始化中断系统，包括禁用所有中断、配置向量表位置、设置默认优先级以及启用中断。

   void up_irqinitialize(void)
   {
   // Disable all interrupts
   // Set the NVIC vector location
   // Set all interrupts (and exceptions) to the default priority
   // Attach the SVCall and Hard Fault exception handlers
   // enable interrupts
   }

    

2. 启用指定中断。

   void up_enable_irq(int irq)
   {
   //enable interrupt with irq
   }

    

3. 禁用指定的中断号。

   void up_disable_irq(int irq)
   {
   //disable interrupt with irq
   }

    

4. 设置中断优先级。 如果启用了 CONFIG_ARCH_IRQPRIO 配置，则需要实现以下函数：

   #ifdef CONFIG_ARCH_IRQPRIO
   int up_prioritize_irq(int irq, int priority)
   {
   // set irq priority
   }
   #endif

    

5. 管理中断状态。

   • 判断 flags 当前是否是关中断状态。

     #define up_irq_is_disabled(flags)

      

   • 保存当前中断状态并关闭中断。

     // 关中断
     irqstate_t up_irq_save(void)
     {
     }

      

   • 恢复指定中断状态。

     // 恢复flags表示的中断状态
     void up_irq_restore(irqstate_t flags)
     {
     }

      

   • 开启所有中断。

     // 开启所有中断
     irqstate_t up_irq_enable(void)
     {
     }

      

   • 获取当前中断状态。

     // 获取当前中断状态
     irqstate_t irqstate(void)
     {
     }

      

6. 处理核间中断：

   // 发起核间中断
   void up_trigger_irq(int irq, cpu_set_t cpuset)

    

7. 设置中断的安全属性。

   • 设置指定中断的安全属性。

     // 设置中断安全属性
     void up_secure_irq(int irq, bool secure)

      

   • 改变所有中断的安全属性。

     // 改变所有中断安全属性
     void up_secure_irq_all(bool secure)

      

2、需要定义的中断相关宏

除上面的函数实现，厂商还需定义一系列中断相关的宏，用于描述 NVIC（Nested vectored interrupt controller） 的配置，这些宏需定义在chips/chip_name/include/irq.h 文件中。可参考 RTL8720C 示例。

以下是必须实现的宏及其功能说明：

1. 第一个中断向量号。

   #define NVIC_IRQ_FIRST  (16)   /* Vector number of the first interrupt */

    

2. 中断数量。

   #define NR_IRQS (64)

    

3. NVIC 优先级级别。

   • 最低优先级

     #define NVIC_SYSH_PRIORITY_MIN  0xff /* All bits set in minimum priority */

      

   • 默认优先级

     #define NVIC_SYSH_PRIORITY_DEFAULT  0x40 /* Midpoint is the default */

      

   • 最高优先级

     #define NVIC_SYSH_PRIORITY_MAX   0x00 /* Zero is maximum priority */

      

   • 优先级步长

     #define NVIC_SYSH_PRIORITY_STEP 0x40 /* Three bits priority used, bits[7-6] as group */

      

   • 子优先级步长

     #define NVIC_SYSH_PRIORITY_SUBSTEP  0x20 /* Three bits priority used, bit[5] as sub */

      

二、中断绑定处理函数

在中断处理过程中，可以通过以下三种方式绑定处理函数。每种方式适用于不同场景，具有各自的优缺点。

1、使用irq_attach

int irq_attach(int irq, xcpt_t isr, FAR void *arg)

1. 工作机制。

   • 当中断触发时，isr 在中断上下文中被调用。
   • 这种方式的优点是效率高，因为中断处理直接在中断上下文中完成。
   • isr 执行期间会屏蔽所有中断应，对实时性要求较高的系统不太合适。
   • isr中不能调用会导致阻塞的 API（例如 sleep、wait 等）。

2. 解除绑定。

   irq_detach(irq)

    

3. 优缺点。

   • 优点：处理效率高。
   • 缺点：中断处理期间屏蔽所有中断，影响系统实时性。

2、使用irq_attach_thread

int irq_attach_thread(int irq, xcpt_t isr, xcpt_t isrthread, FAR void *arg, int priority, int stack_size)

1. 工作机制。

   • 用户需提供 1 个或者 2 个处理函数：
     • isr 在中断上下文中被调用，通常用于屏蔽当前中断并快速唤醒 isrthread。
     • isrthread 在线程上下文中被调用，用于处理剩余中断任务。
   • 如果 isr 为 NULL，会直接调用 isrthread。

2. 优势。

   • isr 的执行时间被尽可能缩短，从而提升系统实时性。
   • isrthread 作为线程运行，支持优先级调度，可以被其他高优先级任务抢占。

3. 劣势。

   • 消耗更多内存（独立线程栈和中断线程结构体）。
   • 增加一次上下文切换，降低效率。
   • 中断处理完成时间会有一定延迟（约 5 微秒）。

4. 解除绑定。

   irq_detach_thread(irq)

    

3、使用irq_attach_wqueue

int irq_attach_wqueue(int irq, xcpt_t isr, xcpt_t isrwork, FAR void *arg, int priority)

1. 工作机制。

   • 用户需提供 1 个或 2 个处理函数：
     • isr 在中断上下文中被调用。
     • isrwork 在工作队列上下文中被调用。
   • 与 irq_attach_thread 的区别在于，isrwork 在工作队列中被执行，而不是独立线程中。

2. 优势。

   • 多个优先级相同的中断可以复用同一个工作队列，从而节省内存。
   • 高优先级的工作队列可以抢占低优先级队列。
   • 如果中断数量较多，比 irq_attach_thread 更节省内存。

3. 劣势。

   • 如果只有一个中断，工作队列的创建会带来额外开销。
   • 在多核系统中，控制线程属性和数量的灵活性较差。

4. 解除绑定。

   irq_detach_wqueue(irq)

    

总结对比

绑定方式	优点	缺点	使用场景
irq_attach	效率高，直接在中断上下文中处理。	中断期间屏蔽所有中断，不适合实时性要求高的系统。	处理逻辑简单、实时性要求不高的场景。
irq_attach_thread	提升实时性，支持优先级调度。	消耗更多内存，增加上下文切换，处理完成有一定延迟。	实时性要求高的场景。
irq_attach_wqueue	节省内存，支持工作队列复用。	单一中断场景效率低，多核场景灵活性不足。	中断数量多、内存资源有限的场景。

三、中断线程/工作队列的实现示例

以下是绑定中断并实现中断线程或工作队列的示例代码。

1、绑定中断

使用 irq_attach_work 函数绑定中断处理程序：

irq_attach_work(IRQ, isrhandle, isrwork, arg, 253)

 

• isrhandle：中断处理函数，在中断上下文中执行。
• isrwork：中断线程或工作队列处理函数，在线程上下文中执行。
• arg：传递给处理函数的参数。
• 253：优先级设置。

2、中断处理函数示例

在 isrhandle 中返回 IRQ_WAKE_THREAD，以唤醒中断线程或工作队列。如果返回 OK，则不会唤醒中断线程。示例代码如下：

static int isrhandle(int irq, void *regs, void *arg)  
{  
    up_disabled_irq(irq); // 屏蔽中断，确保退出后中断不会再次触发  
    return IRQ_WAKE_THREAD; // 唤醒中断线程或工作队列  
}

 

3、中断线程/工作队列处理函数示例

isrwork 用于处理中断任务，并在完成后清除中断状态。示例代码如下：

static int isrwork(int irq, void *regs, void *arg)
{
  // 执行中断处理逻辑
  // 清除中断的pending位
  up_enabled_irq(irq); // 重新使能中断。
  return OK;
}

 

4、特殊情况：One-shot 中断

对于一些 one-shot 中断，可以将 isrhandle 设置为 NULL，直接使用 isrwork 处理中断任务。

四、中断结构体优化

在中断使用时，系统通常会定义一个全局中断结构体数组：

struct irq_info_s g_irqvector[NR_IRQS];

 

其中，NR_IRQS 表示系统支持的最大中断号，通常大于 200。然而，实际使用的中断数量通常只有十几个，并且这些中断号是离散分布的。这种设计会导致以下问题：

• 内存浪费：即使只使用少量中断，也需要为所有可能的中断号分配内存，存储 NR_IRQS 个结构体。
• 低效资源利用：大部分中断号对应的结构体未被使用，造成资源浪费。

1、优化策略与实现原理

为了解决上述问题，可以通过如下动态映射的方式优化中断结构体的存储。

映射关系数组

定义一个映射关系数组，用于动态建立中断号与中断结构体的映射：

irq_mapped_t g_irqmap[NR_IRQS]

 

• 该数组仅占用 NR_IRQS 字节的额外内存。
• 在中断使用时，动态建立映射关系。

精简中断结构体数组

将 g_irqvector 定义为：

struct irq_info_s g_irqvector[CONFIG_ARCH_NUSER_INTERRUPTS];

 

• CONFIG_ARCH_NUSER_INTERRUPTS 表示系统中可能使用的最大中断数量加 1 。
• 通过限制数组大小，仅为实际可能使用的中断分配内存。

中断使用统计

使用 g_irqmap_count 统计当前已使用的中断数量，便于监控和调试。

2、配置示例

通过以下宏配置启用优化：

CONFIG_ARCH_MINIMAL_VECTORTABLE_DYNAMINC=y
CONFIG_ARCH_MINIMAL_VECTORTABLE=y
CONFIG_ARCH_NUSER_INTERRUPTS=24

 

• CONFIG_ARCH_MINIMAL_VECTORTABLE_DYNAMIC：启用动态映射功能。
• CONFIG_ARCH_MINIMAL_VECTORTABLE：启用精简中断向量表。
• CONFIG_ARCH_NUSER_INTERRUPTS：设置最大可能使用的中断数量。

3、优化效果

• 内存节省：仅为实际使用的中断分配存储空间，避免为未使用的中断号浪费内存。
• 灵活性提升：通过动态映射关系，支持离散分布的中断号。
• 可扩展性：通过配置宏灵活调整中断数量限制。

五、相关仓

• nuttx