本文所说的裸机编程是基于“龙芯1c库”的。“龙芯1c库”类似于STM32库，“龙芯1c库”的git地址是https://gitee.com/caogos/OpenLoongsonLib1c
中断对于任何一款CPU来说都是非常重要的，对龙芯1c也是如此。另一篇博文以linux中的中断作为实例，详细分析了龙芯1c的中断。龙芯1c的中断与arm的中断有些不同，如果对龙芯1c的中断还没有概念，请移步到《【龙芯1c库】龙芯1c的中断分析》http://blog.csdn.net/caogos/article/details/69948579
除了linux中有龙芯1c的中断实现以外，RT-Thread中也有，事实上RT-Thread的中断移植是参考了linux的，而本文提到的裸机程序的中断则主要参考了RT-Thread，所以裸机程序的和RT-Thread的中断相关接口类似，用法也类似。RT-Thread的git地址是https://github.com/RT-Thread/rt-thread
常用的中断接口简介
这里只介绍几个对“龙芯1c库”的“用户”（嵌入式软件工程师，单片机工程师）可见的，还有一些具体实现的函数接口在这里就不阐述了，感兴趣的可以移步到git查看。
主要有以下几个函数会
// 初始化异常 void exception_init(void); /* * 使能指定中断 * @IRQn 中断号 */ void irq_enable(int IRQn); /* * 禁止指定中断 * @IRQn 中断号 */ void irq_disable(int IRQn); /* * 设置中断处理函数 * @IRQn 中断号 * @new_handler 新设置的中断处理函数 * @param 传递给中断处理函数的参数 * @ret 之前的中断处理函数 */ irq_handler_t irq_install(int IRQn, irq_handler_t new_handler, void *param);
其中，函数exception_init()默认已被调用，对于具体的中断来说，只需要先调用irq_install()设置中断处理函数，然后调用irq_enable()使能即可。
下面以按键中断和硬件定时器中断为例，演示如何使用这几个函数。感兴趣的可以跳到相应也没查看。
用龙芯1c库在裸机编程中实现外部中断（GPIO中断、按键中断）
http://blog.csdn.net/caogos/article/details/78166271
用龙芯1c库在裸机编程环境中实现硬件定时器中断
http://blog.csdn.net/caogos/article/details/78166348
函数exception_init()
龙芯1c（mips系列的cpu）中，对于异常和中断分得很清楚，中断常指外设的中断，可能外设已经集成在芯片内了，比如定时器等。中断是一种“特殊的异常”，所有中断共用一个异常入口。所以中断的初始化，就涉及异常的初始化。函数exception_init()就是对龙芯1c的整个异常进行初始化，包括初始化中断。要是用中断，函数exception_init()必须被调用，因此在函数bsp_init()中默认调用了exception_init()。
函数irq_enable()和irq_disable()
简介
/* * 使能指定中断 * @IRQn 中断号 */ void irq_enable(int IRQn); /* * 禁止指定中断 * @IRQn 中断号 */ void irq_disable(int IRQn);
这两个函数的入参都是中断号。所有中断的中断号都可以在INTx_SR（INT0_SR、INT1_SR、……、INT4_SR）中找到，如下图所示
来看看代码中的中断号
// 中断号 #define LS1C_ACPI_IRQ 0 #define LS1C_HPET_IRQ 1 //#define LS1C_UART0_IRQ 3 // linux中是3，v1.4版本的1c手册中是2，暂屏蔽，待确认 #define LS1C_UART1_IRQ 4 #define LS1C_UART2_IRQ 5 #define LS1C_CAN0_IRQ 6 #define LS1C_CAN1_IRQ 7 #define LS1C_SPI0_IRQ 8 #define LS1C_SPI1_IRQ 9 #define LS1C_AC97_IRQ 10 #define LS1C_MS_IRQ 11 #define LS1C_KB_IRQ 12 #define LS1C_DMA0_IRQ 13 #define LS1C_DMA1_IRQ 14 #define LS1C_DMA2_IRQ 15 #define LS1C_NAND_IRQ 16 #define LS1C_PWM0_IRQ 17 #define LS1C_PWM1_IRQ 18 #define LS1C_PWM2_IRQ 19 #define LS1C_PWM3_IRQ 20 #define LS1C_RTC_INT0_IRQ 21 #define LS1C_RTC_INT1_IRQ 22 #define LS1C_RTC_INT2_IRQ 23 #define LS1C_UART3_IRQ 29 #define LS1C_ADC_IRQ 30 #define LS1C_SDIO_IRQ 31 #define LS1C_EHCI_IRQ (32+0) #define LS1C_OHCI_IRQ (32+1) #define LS1C_OTG_IRQ (32+2) #define LS1C_MAC_IRQ (32+3) #define LS1C_CAM_IRQ (32+4) #define LS1C_UART4_IRQ (32+5) #define LS1C_UART5_IRQ (32+6) #define LS1C_UART6_IRQ (32+7) #define LS1C_UART7_IRQ (32+8) #define LS1C_UART8_IRQ (32+9) #define LS1C_UART9_IRQ (32+13) #define LS1C_UART10_IRQ (32+14) #define LS1C_UART11_IRQ (32+15) #define LS1C_I2C2_IRQ (32+17) #define LS1C_I2C1_IRQ (32+18) #define LS1C_I2C0_IRQ (32+19) #define LS1C_GPIO_IRQ 64 #define LS1C_GPIO_FIRST_IRQ 64 #define LS1C_GPIO_IRQ_COUNT 96 #define LS1C_GPIO_LAST_IRQ (LS1C_GPIO_FIRST_IRQ + LS1C_GPIO_IRQ_COUNT-1) #define LS1C_LAST_IRQ 159 // 龙芯1c的中断分为五组，每组32个 #define LS1C_NR_IRQS (32*5) // GPIO编号和中断号之间的互相转换 #define LS1C_GPIO_TO_IRQ(GPIOn) (LS1C_GPIO_FIRST_IRQ + (GPIOn)) #define LS1C_IRQ_TO_GPIO(IRQn) ((IRQn) - LS1C_GPIO_FIRST_IRQ)
注意，gpio的中断号是通过宏LS1C_GPIO_TO_IRQ()转换得到的。
函数irq_enable()和irq_disable()只是把寄存器INTx_EN中相应的位置一或清零了，寄存器INTx_EN是龙芯1c特有的，其它MIPS系列的CPU可能没有。除了寄存器INTx_EN控制着中断的使能外，还有协处理器0的状态（SR）寄存器中的一些位域（比如：IM7-IM0、IE、EXL等）。其中IE和IM7-IM0是我们关心的，IE为全局中断使能位，IM7为滴答定时器的屏蔽位，IM6到IM2共5个位分别控制龙芯1c的五组中断。 即龙芯1c的中断使能分为三级：IE全局中断使能位、IM6-IM2为分组中断使能位、龙芯1c特有的寄存器INTx_EN为每个外设中断的使能位。默认情况，我已经把IE和IM6-IM2都设置为允许中断，而由龙芯1c特有的寄存器INTx_EN来控制每个外设中断是否使能。
滴答定时器是个例外
为什么说滴答定时器是个例外呢？首先从滴答定时器的由来说起，滴答定时器是为了给操作系统提供时钟，也就是说基本上只有在初始化的时候设置一下定时时间之外，很少看见有禁止滴答定时器的。虽然是可以禁止滴答定时器，甚至作为普通定时器一样使用都是可以的，但实际上很少这样做。
前面提到普通的外设中断使能有三级，而滴答定时器只有两级。即滴答定时器只受协处理器0的SR寄存器中的IE和IM7控制，INTx_EN寄存器中没有控制滴答定时器的位。
最新的代码中默认禁止了IM7，即禁止滴答定时器中断。单独封装了函数sys_tick_enable()和sys_tick_disable()来使能和禁止IM7，即使能和禁止滴答定时器中断。
函数irq_install()
/* * 设置中断处理函数 * @IRQn 中断号 * @new_handler 新设置的中断处理函数 * @param 传递给中断处理函数的参数 * @ret 之前的中断处理函数 */ irq_handler_t irq_install(int IRQn, irq_handler_t new_handler, void *param);
函数irq_install()用于设置中断处理函数。来看看中断处理函数的类型irq_handler_t。
typedef void (*irq_handler_t)(int IRQn, void *param);
比如，设置定时器0的中断处理函数
irq_install(LS1C_PWM0_IRQ, test_timer_pwm0_irqhandler, NULL);
中断处理函数test_timer_pwm0_irqhandler()的实现为
void test_timer_pwm0_irqhandler(int IRQn, void *param)
{
Return ;
}
源码清单
ls1c_irq.h
#ifndef __IRQ_H
#define __IRQ_H
// 中断号
#define LS1C_ACPI_IRQ 0
#define LS1C_HPET_IRQ 1
//#define LS1C_UART0_IRQ 3 // linux中是3，v1.4版本的1c手册中是2，暂屏蔽，待确认
#define LS1C_UART1_IRQ 4
#define LS1C_UART2_IRQ 5
#define LS1C_CAN0_IRQ 6
#define LS1C_CAN1_IRQ 7
#define LS1C_SPI0_IRQ 8
#define LS1C_SPI1_IRQ 9
#define LS1C_AC97_IRQ 10
#define LS1C_MS_IRQ 11
#define LS1C_KB_IRQ 12
#define LS1C_DMA0_IRQ 13
#define LS1C_DMA1_IRQ 14
#define LS1C_DMA2_IRQ 15
#define LS1C_NAND_IRQ 16
#define LS1C_PWM0_IRQ 17
#define LS1C_PWM1_IRQ 18
#define LS1C_PWM2_IRQ 19
#define LS1C_PWM3_IRQ 20
#define LS1C_RTC_INT0_IRQ 21
#define LS1C_RTC_INT1_IRQ 22
#define LS1C_RTC_INT2_IRQ 23
#define LS1C_UART3_IRQ 29
#define LS1C_ADC_IRQ 30
#define LS1C_SDIO_IRQ 31
#define LS1C_EHCI_IRQ (32+0)
#define LS1C_OHCI_IRQ (32+1)
#define LS1C_OTG_IRQ (32+2)
#define LS1C_MAC_IRQ (32+3)
#define LS1C_CAM_IRQ (32+4)
#define LS1C_UART4_IRQ (32+5)
#define LS1C_UART5_IRQ (32+6)
#define LS1C_UART6_IRQ (32+7)
#define LS1C_UART7_IRQ (32+8)
#define LS1C_UART8_IRQ (32+9)
#define LS1C_UART9_IRQ (32+13)
#define LS1C_UART10_IRQ (32+14)
#define LS1C_UART11_IRQ (32+15)
#define LS1C_I2C2_IRQ (32+17)
#define LS1C_I2C1_IRQ (32+18)
#define LS1C_I2C0_IRQ (32+19)
#define LS1C_GPIO_IRQ 64
#define LS1C_GPIO_FIRST_IRQ 64
#define LS1C_GPIO_IRQ_COUNT 96
#define LS1C_GPIO_LAST_IRQ (LS1C_GPIO_FIRST_IRQ + LS1C_GPIO_IRQ_COUNT-1)
#define LS1C_LAST_IRQ 159
// 龙芯1c的中断分为五组，每组32个
#define LS1C_NR_IRQS (32*5)
// GPIO编号和中断号之间的互相转换
#define LS1C_GPIO_TO_IRQ(GPIOn) (LS1C_GPIO_FIRST_IRQ + (GPIOn))
#define LS1C_IRQ_TO_GPIO(IRQn) ((IRQn) - LS1C_GPIO_FIRST_IRQ)
// 定义中断处理函数
typedef void (*irq_handler_t)(int IRQn, void *param);
typedef struct irq_desc
{
irq_handler_t handler;
void *param;
}irq_desc_t;
// 初始化异常
void exception_init(void);
/*
* 使能指定中断
* @IRQn 中断号
*/
void irq_enable(int IRQn);
/*
* 禁止指定中断
* @IRQn 中断号
*/
void irq_disable(int IRQn);
/*
* 设置中断处理函数
* @IRQn 中断号
* @new_handler 新设置的中断处理函数
* @param 传递给中断处理函数的参数
* @ret 之前的中断处理函数
*/
irq_handler_t irq_install(int IRQn, irq_handler_t new_handler, void *param);
#endif
ls1c_irq.c
/*************************************************************************
*
* 中断相关的函数
* 龙芯1c中中断是一种类型的异常，
* 可以理解为cpu中有几种异常，而中断是其中一种异常下面的一个子类型
* 龙芯1c的异常分为四级
* 第一级: 各种情况下异常向量的总入口
* 第二级: 各个异常的入口，其中ExcCode=0的异常为外设中断的总入口
* 第三级: 外设中断的每组的总入口(龙芯1c将所有外设分为五组)
* 第四级: 每个外设中断的入口
*
*************************************************************************/
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include "ls1c_public.h"
#include "ls1c_mipsregs.h"
#include "ls1c_clock.h"
#include "ls1c_gpio.h"
#include "ls1c_cache.h"
#include "ls1c_sys_tick.h"
#include "ls1c_irq.h"
#include "ls1c_regs.h"
// 每个异常有0x80字节的空间
#define EXCEPTION_HANDER_MAX_SIZE (0x80)
// 正常运行时，异常的入口基地址
// 正常运行时，STATUS寄存器的BEV=0，cpu采用RAM空间的异常入口
// 0x80000000地址处不经TLB映射，但缓存
#define EXCEPTION_RAM_EBASE (0x80000000)
// 异常的最大个数
#define EXCEPTION_MAX_NUM (32)
// 中断的最大个数
#define IRQ_MAX_NUM (LS1C_NR_IRQS)
// 中断配置寄存器
#define LS1C_INTREG_BASE (0xbfd01040)
struct ls1c_intc_regs
{
volatile unsigned int int_isr;
volatile unsigned int int_en;
volatile unsigned int int_set;
volatile unsigned int int_clr; /* offset 0x10*/
volatile unsigned int int_pol;
volatile unsigned int int_edge; /* offset 0 */
};
struct ls1c_intc_regs volatile *ls1c_hw0_icregs
= (struct ls1c_intc_regs volatile *)LS1C_INTREG_BASE;
// 异常处理函数
unsigned long exception_handlers[EXCEPTION_MAX_NUM];
// 中断处理函数
irq_desc_t irq_handlers[IRQ_MAX_NUM];
// 汇编实现的函数
extern void irq_disable_all(void);
extern void irq_enable_all(void);
extern void general_exception(void);
extern void handle_int(void);
extern void handle_reserved(void);
// 设置整个异常向量的处理函数
// @offset 异常向量总入口的偏移
// @src_addr 异常向量总入口处理函数的首地址
void irq_set_exception_vector_handler(unsigned long offset, void *src_addr, unsigned long size)
{
unsigned long dst_addr; // 异常入口
dst_addr = EXCEPTION_RAM_EBASE+offset;
memcpy((void *)dst_addr, src_addr, size);
// 先回写dcache，再作废icache
// memcpy之后，现在异常向量总入口的指令位于dcache中，需要回写到内存，
// 并作废相应icache，作废后当有中断发生时，才会从内存重新加载新代码到icache，这样新代码就生效了
dcache_writeback_invalidate_range(dst_addr, dst_addr + size);
icache_invalidate_range(dst_addr, dst_addr + size);
return ;
}
// 设置一个异常的处理函数
// @n 协处理器0的cause寄存器的[2,6]位，即ExcCode
// @addr 异常处理函数的首地址
void irq_set_one_exception_handler(int n, void *addr)
{
unsigned long handler = (unsigned long)addr;
exception_handlers[n] = handler;
return ;
}
/*
* 默认的中断处理函数
* @IRQn 中断号
* @param 参数
*/
void irq_default_handler(int IRQn, void *param)
{
myprintf("unhandled irq %d occured!\r\n", IRQn);
return ;
}
/*
* 使能指定中断
* @IRQn 中断号
*/
void irq_enable(int IRQn)
{
(ls1c_hw0_icregs + (IRQn >> 5))->int_en |= (1 << (IRQn & 0x1f));
return ;
}
/*
* 禁止指定中断
* @IRQn 中断号
*/
void irq_disable(int IRQn)
{
(ls1c_hw0_icregs + (IRQn >> 5))->int_en &= ~(1 << (IRQn & 0x1f));
return ;
}
/*
* 设置中断处理函数
* @IRQn 中断号
* @new_handler 新设置的中断处理函数
* @param 传递给中断处理函数的参数
* @ret 之前的中断处理函数
*/
irq_handler_t irq_install(int IRQn, irq_handler_t new_handler, void *param)
{
irq_handler_t old_handler = NULL;
if((0 <= IRQn) && (IRQ_MAX_NUM > IRQn))
{
old_handler = irq_handlers[IRQn].handler;
irq_handlers[IRQn].handler = new_handler;
irq_handlers[IRQn].param = param;
}
return old_handler;
}
// 初始化中断
void irq_init(void)
{
volatile struct ls1c_intc_regs *intc_regs = NULL;
int i;
int IRQn;
// 禁止中断:设置龙芯1C里面的中断配置寄存器
for (i=0; i<5; i++) // 龙芯1c的中断分为五组
{
intc_regs = ls1c_hw0_icregs+i;
intc_regs->int_en = 0x0; // disable
intc_regs->int_pol = -1; // must be done here
intc_regs->int_edge = 0x00000000; // 电平触发
intc_regs->int_clr = 0xffffffff; // 清中断
}
// 设置默认的中断处理函数
for (IRQn = 0; IRQn < IRQ_MAX_NUM; IRQn++)
{
irq_handlers[IRQn].handler = irq_default_handler;
irq_handlers[IRQn].param = 0;
}
return ;
}
// 初始化异常
void exception_init(void)
{
int i;
// 禁止中断:设置协处理器0
irq_disable_all();
// 初始化高速缓存
cache_init();
// 初始化中断
irq_init();
// 设置整个异常向量的处理函数
irq_set_exception_vector_handler(0x180, &general_exception, EXCEPTION_HANDER_MAX_SIZE);
irq_set_exception_vector_handler(0x200, &general_exception, EXCEPTION_HANDER_MAX_SIZE);
// 设置各个异常的处理函数
for (i=0; i<EXCEPTION_MAX_NUM; i++)
{
irq_set_one_exception_handler(i, handle_reserved);
}
irq_set_one_exception_handler(0, handle_int);
// 先回写整个dcache，再作废整个icache
dcache_writeback_invalidate_all();
icache_invalidate_all();
// 使能中断
irq_enable_all();
return ;
}
/*
* 执行中断处理流程
* @IRQn 中断号
*/
void ls1c_do_IRQ(int IRQn)
{
irq_handler_t irq_handler = NULL;
void *param = NULL;
irq_handler = irq_handlers[IRQn].handler;
param = irq_handlers[IRQn].param;
// 执行中断处理函数
irq_handler(IRQn, param);
return ;
}
void ls1c_irq_dispatch(int n)
{
unsigned int intstatus, irq;
/* Receive interrupt signal, compute the irq */
intstatus = (ls1c_hw0_icregs+n)->int_isr & (ls1c_hw0_icregs+n)->int_en;
if (0 == intstatus)
return ;
// 执行中断处理函数
irq = ffs(intstatus) - 1;
ls1c_do_IRQ((n<<5) + irq);
/* ack interrupt */
(ls1c_hw0_icregs+n)->int_clr |= (1 << irq);
return ;
}
// 中断分发函数
void plat_irq_dispatch(void)
{
unsigned int pending;
pending = read_c0_cause() & read_c0_status() & ST0_IM;
if (pending & CAUSEF_IP7)
{
sys_tick_handler();
}
else if (pending & CAUSEF_IP2)
{
ls1c_irq_dispatch(0);
}
else if (pending & CAUSEF_IP3)
{
ls1c_irq_dispatch(1);
}
else if (pending & CAUSEF_IP4)
{
ls1c_irq_dispatch(2);
}
else if (pending & CAUSEF_IP5)
{
ls1c_irq_dispatch(3);
}
else if (pending & CAUSEF_IP6)
{
ls1c_irq_dispatch(4);
}
else
{
// 其它情况不处理
}
return ;
}
ls1c_start.S
/*************************************************************************
*
* 用汇编实现的启动相关函数
*
*************************************************************************/
/*
* 汇编文件的扩展名必须是大写的S，不能用小写的s。否则不会执行预处理，
* 即把#include, #define等这些当作以'#'开头的注释，而忽略掉，最终导致编译错误
*/
#include "ls1c_regdef.h"
#include "ls1c_mipsregs.h"
#include "ls1c_asm.h"
#include "ls1c_stackframe.h"
#include "ls1c_cacheops.h"
.section ".text", "ax"
.set noreorder
/*
* 禁止中断
* void irq_disable_all(void)
*/
.globl irq_disable_all
irq_disable_all:
mfc0 t0, CP0_STATUS
and t0, 0xfffffffe
mtc0 t0, CP0_STATUS
jr ra
nop
/*
* 使能中断
* void irq_enable_all(void)
*/
.globl irq_enable_all
irq_enable_all:
mfc0 t0, CP0_STATUS
or t0, 0xFC01
mtc0 t0, CP0_STATUS
jr ra
nop
/*
* General exception vector for all other CPUs.
*
* Be careful when changing this, it has to be at most 128 bytes
* to fit into space reserved for the exception handler.
*
* 整个异常向量的入口处理函数
* void general_exception(void)
*/
.globl general_exception
general_exception:
mfc0 k1, CP0_CAUSE
andi k1, k1, 0x7c
# 注意，这里exception_handlers不是函数，而是地址
# 即exception_handlers+k1 = exception_handlers+ExcCode*4
# exception_handlers[]中保存了各个异常处理函数的首地址，每个占4字节
# 这里看上去很巧妙，实际上个人认为很不好理解，很容易混淆
PTR_L k0, exception_handlers(k1)
jr k0
.globl handle_int
handle_int:
SAVE_ALL
jal plat_irq_dispatch
nop
RESTORE_ALL_AND_RET
.globl handle_reserved
handle_reserved:
.set mips3
eret
.set mips0
.set reorder