ARM Linux中断发生时内核堆栈切换

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对ARM Linux中断非常简洁、精确的描述。

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发生了中断，最重要的是保存现场，在中断处理完之后，能够恢复现场就OK了，硬件现场（hardware context）的保存是由硬件和软件共同完成的。

对于ARM，当发生中断的那一刻，硬件会进行如下的动作：

1、将发生中断那一刻的CPSR保存在SPSR寄存器中

2、将返回地址保存在lr寄存器中（注意：这个lr寄存器是IRQ mode的lr寄存器，可以表示为lr_irq）

真正将hardware context保存到内核栈上是软件的行为。当然，目标是一开始就设定好了，将发生中断那一刻的hardware context保存到current task的内核栈上。不同的CPU有不同的设计，提供不同的软件和硬件的接口，对于X86，硬件帮忙做的事情更多，而ARM更希望你自己能够自力更生（更简单的HW logic意味着更少的晶体管，更少的功耗，而这也是ARM在移动平台上能够横扫Intel的根本原因）。怎么办？hardware context包括了cpu中的各种寄存器，想要将hardware context压入内核栈首先要获取current thread的内核栈指针，任何对cpu寄存器的使用将破坏硬件上下文，因此，linux kernel采用的方法是借用12个字节的中断栈。方法如下：

1、在中断栈上保存了发生中断那一点的r0值、PC值以及CPSR值。你可能会觉得：PC和CPSR需要保存吗？不是硬件已经帮忙保存lr_irq（虽然不是PC值，但是和PC值有固定的偏移关系）和spsr_irq中了吗？之所以保存spsr_irq和lr_irq的值，那是因为随后在切换到svc mode的时候需要修改spsr_irq和lr_irq的值。之所以保存r0，是因为后续会修改r0的值，把它做为一个scratch register。

2、切换到svc mode，具体完成下面两个步骤：

（A）将处理器模式切换到svc mode

（B）根据发生中断那一点的处理器模式，将pc设定为__irq_usr或者__irq_svc

在上面的过程中，lr_irq，spsr_irq和r0被破坏了，但是没有关系，相关信息已经保存在了中断栈上了（sp_irq）

3、一旦切换到SVC mode，ARM处理器看到的寄存器已经发生变化，这里的sp已经变成了sp_svc了。问题来了：sp_svc是什么值？在进程切换的时候就已经设定好了，sp_svc被设定为current thread的内核栈。这时候，除了被破坏的三个寄存器保存在中断栈上，其他的寄存器毫发无伤，软件只要将这些hardware context压入current thread的内核栈上即可。