鴻蒙內核源碼分析：鴻蒙內核的每段匯編代碼解析

本篇說清楚CPU的工作模式

讀本篇之前建議先讀鴻蒙內核源碼分析(總目錄)其他篇.

正如一個互聯網項目的后臺管理系統有權限管理一樣,CPU工作是否也有權限(模式)? 一個成熟的軟硬件架構,肯定會有這些設計,只是大部分人不知道,也不需要知道,老百姓就干好老百姓的活就行了,有工作能吃飽飯就知足了,宮的事你管那么多干嘛,你也管不了.

應用程序就只關注應用功能,業務邏輯相關的部分就行了,底層實現對應用層屏蔽的越干凈系統設計的就越優良.

但鴻蒙內核源碼分析系列篇的定位就是要把整個底層解剖,全部掰開,看看宮里究竟發生了么事.從本篇開始要接觸大量的匯編的代碼,將鴻蒙內核的每段匯編代碼一一說明白.如此才能知道最開始的開始發生了什么,最后的最后又發生了什么.

七種模式

先看一張圖,圖來源于ARM720T.pdf第43頁,在ARM體系中,CPU工作在以下七種模式中:

用戶模式（usr）：屬于正常的用戶模式，ARM處理器正常的程序執行狀態?？焖僦袛嗄Ｊ剑╢iq）：用于處理快速中斷，對高速數據傳輸或通道處理外部中斷模式（irq）：對一般情況下的中斷進行處理。管理模式（svc）：屬于操作系統使用的保護模式，處理軟件中斷swi reset。數據訪問終止模式（abt）：當數據或指令預取終止時進入該模式，可用于處理存儲器故障、實現虛擬存儲器和存儲器保護。系統模式（sys）：運行具有特權的操作系統任務。未定義指令中止模式（und）：處理未定義的指令陷阱，當未定義的指令執行時進入該模式，可用于支持硬件協處理器的軟件仿真。除了用戶模式外，其它六種均為特權模式或者叫異常模式。每種模式都有自己獨立的入口和獨立的運行?？臻g.系列篇之CPU篇已介紹過只要提供了入口函數和運行空間,CPU就可以干活了.入口函數解決了指令來源問題,運行空間解決了指令的運行問題. 而且在多核情況下,每個CPU核的每種異常模式都有自己獨立的?？臻g.注意是異常模式下的?？臻g,用戶模式的?？臻g是由用戶(應用)程序提供的.

如何讓這七種模式能流暢的跑起來呢? 至少需要以下解決三個基本問題.

?？臻g是怎么申請的?申請了多大?被切換中的模式代碼放在哪里?誰來安排它們放在哪里?模式之間是怎么切換的?狀態怎么保存?本篇代碼來源于鴻蒙內核源碼之reset_vector_mp.S,點擊查看 這個匯編文件大概 500多行,非常重要,本篇受限于篇幅只列出一小部分,說清楚以上三個問題.系列其余篇中將詳細說明每段匯編代碼的作用和實現,可前往查閱.

1.異常模式?？臻g怎么申請?

鴻蒙是如何給異常模式申請?？臻g的

代碼解讀

六種異常模式都有自己獨立的?？臻g每種模式的OS_EXC_***_STACK_SIZE棧大小都不一樣,最大是管理模式（svc）8K,最小的只有40個字節. svc模式為什么要這么大呢? 因為開機代碼和系統調用代碼的運行都在管理模式,系統調用的函數實現往往較復雜,最大不能超過8K. 例如:某個系統調用中定義一個8K的局部變量,內核肯定立馬閃蹦.因為棧將溢出,處理異常的程序出現了異常,后面就再也沒人兜底了,只能是死局.鴻蒙是支持多核處理的,CORE_NUM表明,每個CPU核的每種異常模式都有自己的獨立?？臻g.注意理解這個是理解內核代碼的基礎.否則會一頭霧水.2.異常模式入口地址在哪?

再看一張圖,圖來源于ARM720T.pdf第56頁

這就是一切一切的開始,指定所有異常模式的入口地址表,這就是規定,沒得商量的.在低地址情況下.開機代碼就是放在0x00000000的位置,觸發開機鍵后,硬件將PC寄存器置為0x00000000,開始了萬里長征的第一步.在系統運行過程中就這么來回跳.

以上是各個異常情況下的入口地址,在reset_vector_mp.S中都能找到,經過編譯鏈接后就會變成

不管是主動切換的異常,還是被動切換的異常,都會先跳到對應的入口去處理.每個異常的代碼都起始于匯編,處理完了再切回去.舉個例子: 某個應用程序調用了系統調用(比如創建定時器),會經過以下大致過程:

swi指令將用戶模式切換到管理模式（svc）在管理模式中先保存用戶模式的現場信息(R0-R15寄存器值入棧)獲取系統調用號,知道是調用了哪個系統調用查詢系統調用對應的注冊函數執行真正的創建定時器函數執行完成后,恢復用戶模式的現場信息(R0-R15寄存器值出棧)跳回用戶模式繼續執行各異常處理代碼很多,不一一列出,本篇只列出開機代碼,請嘗試讀懂鴻蒙內核開機代碼,后續講詳細說明每行代碼的用處.

開機代碼

異常的權限

當同時出現多個異常時，該響應哪一個呢?就涉及到了異常的權限,如下

Reset (highest priority).Data Abort.FIQ.IRQ.Prefetch Abort.Undefined Instruction, SWI (lowest priority).可以看出swi的權限最低,swi就是軟件中斷,系統調用就是通過它來實現的.

3.異常模式怎么切換?

寫應用程序經常會用到狀態,來記錄各種分支邏輯,傳遞參數.這么多異常模式,相互切換,中間肯定會有很多的狀態需要保存.比如:如何能知道當前運行在哪種模式下?怎么查?去哪里查呢? 答案是: CPSR 和 SPSR CPSR:程序狀態寄存器(current program status register) (當前程序狀態寄存器)，在任何處理器模式下被訪問。 SPSR:程序狀態保存寄存器（saved program status register）,每一種處理器模式下都有一個狀態寄存器SPSR,SPSR用于保存CPSR的狀態，以便異常返回后恢復異常發生時的工作狀態。當特定 的異常中斷發生時，這個寄存器用于存放當前程序狀態寄存器的內容。在異常中斷退出時，可以用SPSR來恢復CPSR。

這些寄存器：

保存有關最近執行的ALU操作的信息控制中斷的啟用和禁用設置處理器操作模式

編輯：hfy