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鸿蒙内核源码分析:鸿蒙内核的每段汇编代码解析

本篇说清楚CPU的工作模式

读本篇之前建议先读鸿蒙内核源码分析(总目录)其他篇.

正如一个互联网项目的后台管理系统有权限管理一样,CPU工作是否也有权限(模式)? 一个成熟的软硬件架构,肯定会有这些设计,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,有工作能吃饱饭就知足了,宫的事你管那么多干嘛,你也管不了.

应用程序就只关注应用功能,业务逻辑相关的部分就行了,底层实现对应用层屏蔽的越干净系统设计的就越优良.

但鸿蒙内核源码分析系列篇的定位就是要把整个底层解剖,全部掰开,看看宫里究竟发生了么事.从本篇开始要接触大量的汇编的代码,将鸿蒙内核的每段汇编代码一一说明白.如此才能知道最开始的开始发生了什么,最后的最后又发生了什么.

七种模式

先看一张图,图来源于ARM720T.pdf第43页,在ARM体系中,CPU工作在以下七种模式中:

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用户模式(usr):属于正常的用户模式,ARM处理器正常的程序执行状态。快速中断模式(fiq):用于处理快速中断,对高速数据传输或通道处理外部中断模式(irq):对一般情况下的中断进行处理。管理模式(svc):属于操作系统使用的保护模式,处理软件中断swi reset。数据访问终止模式(abt):当数据或指令预取终止时进入该模式,可用于处理存储器故障、实现虚拟存储器和存储器保护。系统模式(sys):运行具有特权的操作系统任务。未定义指令中止模式(und):处理未定义的指令陷阱,当未定义的指令执行时进入该模式,可用于支持硬件协处理器的软件仿真。除了用户模式外,其它六种均为特权模式或者叫异常模式。每种模式都有自己独立的入口和独立的运行栈空间.系列篇之CPU篇已介绍过只要提供了入口函数和运行空间,CPU就可以干活了.入口函数解决了指令来源问题,运行空间解决了指令的运行问题. 而且在多核情况下,每个CPU核的每种异常模式都有自己独立的栈空间.注意是异常模式下的栈空间,用户模式的栈空间是由用户(应用)程序提供的.

如何让这七种模式能流畅的跑起来呢? 至少需要以下解决三个基本问题.

栈空间是怎么申请的?申请了多大?被切换中的模式代码放在哪里?谁来安排它们放在哪里?模式之间是怎么切换的?状态怎么保存?本篇代码来源于鸿蒙内核源码之reset_vector_mp.S,点击查看 这个汇编文件大概 500多行,非常重要,本篇受限于篇幅只列出一小部分,说清楚以上三个问题.系列其余篇中将详细说明每段汇编代码的作用和实现,可前往查阅.

1.异常模式栈空间怎么申请?

鸿蒙是如何给异常模式申请栈空间的

鸿蒙内核源码分析:鸿蒙内核的每段汇编代码解析

代码解读

六种异常模式都有自己独立的栈空间每种模式的OS_EXC_***_STACK_SIZE栈大小都不一样,最大是管理模式(svc)8K,最小的只有40个字节. svc模式为什么要这么大呢? 因为开机代码和系统调用代码的运行都在管理模式,系统调用的函数实现往往较复杂,最大不能超过8K. 例如:某个系统调用中定义一个8K的局部变量,内核肯定立马闪蹦.因为栈将溢出,处理异常的程序出现了异常,后面就再也没人兜底了,只能是死局.鸿蒙是支持多核处理的,CORE_NUM表明,每个CPU核的每种异常模式都有自己的独立栈空间.注意理解这个是理解内核代码的基础.否则会一头雾水.2.异常模式入口地址在哪?

再看一张图,图来源于ARM720T.pdf第56页

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这就是一切一切的开始,指定所有异常模式的入口地址表,这就是规定,没得商量的.在低地址情况下.开机代码就是放在0x00000000的位置,触发开机键后,硬件将PC寄存器置为0x00000000,开始了万里长征的第一步.在系统运行过程中就这么来回跳.

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以上是各个异常情况下的入口地址,在reset_vector_mp.S中都能找到,经过编译链接后就会变成

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不管是主动切换的异常,还是被动切换的异常,都会先跳到对应的入口去处理.每个异常的代码都起始于汇编,处理完了再切回去.举个例子: 某个应用程序调用了系统调用(比如创建定时器),会经过以下大致过程:

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