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01
模块介绍
对于嵌入式系统来说，实时性是一个非常重要的特性，相比较于桌面端系统，嵌入式系统往往部署在各种硬件设备上，这些硬件设备的控制往往都要求毫秒甚至微秒级的反馈。而在车规级控制器中，有些硬件功能的实时性要求就更为严苛。
本文就从纯软件的角度，解析Autosar Os中的中断定义及处理逻辑。
02
功能介绍
2.1 中断分类
在Autosar Os中，中断分为两类，就叫做一类中断和二类中断。其中一类中断的执行不经过Os的调度管理，中断发生后直接到达中断业务逻辑，对于Os来说是无感的，而二类中断则是需要Os进行调度管理的，有专门的程序控制块。除此之外，二者还具有以下区别：
-
一类中断的优先级恒高于二类优先级（配置强限制）；
-
临界区层级不同，例如SuspendOsInterrupt只关闭Os中断而不关闭一类中断，SuspendAllInterrupt则关闭所有中断；
-
因为一类中断不被Os管理，因此一类中断的处理过程中不需要切换线程和保存上下文；
一般情况下，对于外设等的中断，如DMA、SPI、PWM等与OS并非直接关联的，建议设置为一类中断，省去了Os调度的消耗；而对于CAN、Eth等与协议栈MainFunction等关联性较强的中断，甚至需要Os资源提供数据保护的，建议使用二类中断。
2.2 中断源
在Vector DaVinci工具中配置中断，要区别于在EB中配置中断，在EB中每个模块都详细列出来，而在DaVinci工具中，还需要配置一个中断源，顾名思义，该中断源用于指定该中断连接到哪个硬件中断信号上。中断源填写的是所使用中断的SRC寄存器偏移地址，具体需要查询芯片用户手册，下面我们以CAN中断为例介绍如何查询。
我们这里配置使用CAN0INT0，关于CAN中断及其连接，读者可以翻阅本公众号发布的CAN模块的介绍，此处不进行赘述。
我们来到所使用芯片的UserMannual中，注意是系列手册，不是family手册，这里我的芯片是TC387，使用的TC38x-UserManual。打开16.4 IR章节中的TC38x Specific Service Request Control (SRC) registers。
这里我们可以看到两个表，一个是Table 262 Register Address Space - SRC，里面说明了SRC寄存器地址范围，另一个是Table 263 Register Overview - SRC (ascending Offset Address)，里面说明了所有该芯片各个中断的SRC寄存器偏移地址，也就是我们需要查阅的目标。
我们在第二个表中搜索CAN可以找到如下条目：
我们需要查找的是CAN0INT0，这里将x、y代入得出偏移地址为0x5B0，即1456，后续我们在中断源配置中需要填入该值。
另外值得一提的是Os Counter的中断源是不需要我们填的，我们在Counter配置中选定了硬件定时器后工具会自动进行配置。
2.3 中断配置
OS配置这里我们选择Os Counter作为示例进行演示，虽然该中断有些配置项是OS自动配置的，但是配置项和其他我们添加的配置也是一样的。
OsIsrShortName
中断的ShortName和其他元素的不太一样，我们自行添加的中断没有Special Function Name那项配置的话，Os会使用ISR这个宏对ShortName进行展开，进行中断入口函数的声明，如ISR(CanIsr_0)展开成Os_Isr_CanIsr_0。
OsIsrCategory
中断类型，一类还是二类。一类的话无法由OS控制，所以下面的中断嵌套和中断使能都无法勾选。另外如果我们要配置Trap向量表（Vector OS支持用户配置部分Trap，这个我们以后在Os异常处理中介绍），这里不能选为二类。
OsIsrEnableNesting
是否可以嵌套，如果可以嵌套，则该中断可以被高优先级中断打断。
OsIsrInitialEnableInterruptSource
是否由OS使能该中断，一般默认选择开启，OS会在初始化后使能该中断，无需用户手动操作。一类中断此处无法配置，所以一类的初始化和使能需要用户在初始化中实现。
OsIsrInterruptMapping
中断映射，我们知道TC3XX系列芯片可以将中断路由到DMA中，这里可以选择DMA进行路由。
OsIsrInterruptPriority
中断优先级，与硬件相关，这里即TC3XX的中断优先级，数字越大优先级越高，中断入口代码在向量表中按优先级排布。
OsIsrInterruptSource
中断源，即前文提到的硬件中断关联，Os Counter的中断源是根据用户选的定时器自动计算的。这里为了演示配置方法，我们查询手册，我选的定时器是STM0（默认Compare0中断），其中断源在手册中为0x300，即上述配置中的768。
OsIsrInterruptType
中断类型，这里配置为EXTERNAL即可，如果是配置Trap的话，则要配置为EXCEPTION。
OsIsrMemoryProtectionIdentifier
内存保护的识别号，Task和Isr的内存保护我们一般不单独配置，因为芯片没有那么多的Set足够每个Task或者Isr单独配置，一般是继承Application的识别号。
OsIsrSpecialFunctionName
指定的中断函数，因为Counter的中断函数是Vector内置的，所以这里强行配置了Os_TimerPfrtIsr，这个函数我们在Counter章节中也介绍过。
OsIsrStackSize
二类中断栈大小，一般情况下1024就够用了，甚至偏多，除非是用户手写代码。一类中断不由OS管理，这里配置了也没用。需要注意的是一类中断在进入时直接使用当前线程的栈，如果使用较多则需要注意。
OsIsrUsesFpu
是否使用浮点运算单元，在ARM等芯片中，FPU这类协处理器是具有独立的寄存器的，因此Task/Isr切换的过程中，是需要保存FPU上下文的。TriCore内核芯片FPU没有单独的上下文，这里不使能即可。
Cross-core channel receiver interrupt
多核通道接收中断，Vector中利用TC3XX的软中断，实现X-Signal跨核通信，对应的中断这里需要配置使能。
Timing Protection Enabled
是否使用时间保护，在SC2和SC4中，该配置可以用于中断时间监控。
2.4 中断向量表
在TC3XX中断文章中，我们介绍过，该系列芯片的中断向量表是一段指定的连续Flash地址，按照优先级进行中断入口函数的排布。
在Vector代码中，该向量表由OS维护，统一进行中断入口的管理，包括一类中断。
在Os_Hal_Entry_Lcfg.c中我们可以看到该向量表，是以Memmap包裹的特殊宏定义。
Memmap的功能是将该段代码以OS_INTVEC_CORE0_CODE的section装载到指定内存中，并且中断向量表基址寄存器的初始化也会使用该代码段的地址标签。
每个中断优先级都以32字节对齐分配了一定的空间，用来存放中断入口，进行中断函数跳转。未配置的中断则使用Os_Hal_UnhandledInterruptEntry展开，用于异常触发时的处理。
Os_Hal_InterruptSectionDeclaration(0)Os_Hal_UnhandledInterruptEntry(0, 0)...Os_Hal_Cat2InterruptEntry(0, 80, OS_CFG_HAL_ISR2_DISABLE_LEVEL, OsCfg_Isr_CounterIsr_SystemTimer)...Os_Hal_Cat2InterruptEntry(0, 85, OS_CFG_HAL_ISR2_DISABLE_LEVEL, OsCfg_Isr_CanIsr_0)...
在使用Tasking编译器时，一类中断宏按照如下形式展开，我们可以看到其仅仅声明了一个函数名，保存低上下文供中断使用，然后根据用户配置的中断函数进行跳转，并未做其他处理，所以我们说一类中断不经过OS管理。
# define Os_Hal_Cat1InterruptEntry(core, level, function)__asm (" .SECT ".text.OS_INTVEC_CORE"#core"_CODE"");__asm (" .ALIGN 32");__asm (" .EXTERN " #function);__asm (" .GLOBAL osIsrLevel_" #level "_Core" #core);__asm ("osIsrLevel_" #level "_Core" #core": svlcx");__asm (" call " #function);__asm (" rslcx");__asm (" rfe");
二类中断的宏展开内容多了一些，仍然声明一个向量表函数名，然后这里extern了一个全局变量，是中断的配置结构体，作为入参传递到Os的二类中断处理函数中，比如CAN中断这里传入的就是前面的OsCfg_Isr_CanIsr_0。
所有的二类中断都要进入Os_Hal_IsrRun函数，在该函数中进行上下文切换，线程处理，然后才能进入实际中断执行代码。所以说二类中断是由OS进行管理的。
# define Os_Hal_Cat2InterruptEntry(core, level, systemlevel, isrconfig)__asm (" .SECT ".text.OS_INTVEC_CORE"#core"_CODE"");__asm (" .ALIGN 32");__asm (" .EXTERN " #isrconfig);__asm (" .EXTERN Os_Hal_IsrRun");__asm (" .GLOBAL osIsrLevel_" #level "_Core" #core);__asm ("osIsrLevel_" #level "_Core" #core": svlcx");__asm (" movh.a a4, #@his("#isrconfig")");__asm (" lea a4, [a4]@los("#isrconfig")");__asm (" call Os_Hal_IsrRun");__asm (" rslcx");__asm (" rfe");
2.5 代码分析
2.5.1 主要数据结构
中断Isr的主要数据结构为Os_IsrConfigType，我们到Os_Isr_Lcfg.c文件中可以找到该数据，Isr对应的变量名为 OsCfg_Isr_前缀加上中断Isr的配置名称。
另外如果是Os Counter中断，会特殊一点，类型为Os_TimerIsrConfigType，其中包含一个Os_IsrConfigType和一个Os_CounterConfigType的指针。这里就以Timer中断为例。
CONST(Os_TimerIsrConfigType, OS_CONST) OsCfg_Isr_CounterIsr_SystemTimer ={/* .Isr = */{/* .Thread = */{/* .ContextConfig = */ &OsCfg_Hal_Context_CounterIsr_SystemTimer,/* .Context = */ &OsCfg_Hal_Context_OsCore0_Isr_Level5_Dyn,/* .Stack = */ &OsCfg_Stack_OsCore0_Isr_Core,/* .Dyn = */ OS_ISR_CASTDYN_ISR_2_THREAD(OsCfg_Isr_CounterIsr_SystemTimer_Dyn),/* .OwnerApplication = */ &OsCfg_App_SystemApplication_OsCore0,/* .Core = */ &OsCfg_Core_OsCore0,/* .IntApiState = */ &OsCfg_Core_OsCore0_Dyn.IntApiState,/* .TimeProtConfig = */ NULL_PTR,/* .MpAccessRightsInitial = */ &OsCfg_Mp_CounterIsr_SystemTimer,/* .AccessRights = */ &OsCfg_AccessCheck_NoAccess,/* .Trace = */ NULL_PTR,/* .FpuContext = */ NULL_PTR,/* .InitialCallContext = */ OS_CALLCONTEXT_ISR2,/* .PreThreadHook = */ NULL_PTR,/* .InitDuringStartUp = */ FALSE,/* .UsesFpu = */ FALSE},/* .SourceConfig = */ &OsCfg_Isr_CounterIsr_SystemTimer_HwConfig,/* .IsrId = */ CounterIsr_SystemTimer,/* .IsEnabledOnInitialization = */ FALSE},/* .Counter = */ OS_COUNTER_CASTCONFIG_TIMERPFRT_2_COUNTER(OsCfg_Counter_SystemTimer)};
该结构体是该Isr的句柄，相当于线程控制块。其中ContextConfig指向的结构体为OsCfg_Hal_Context_CounterIsr_SystemTimer，包含了栈信息等，其中Entry是该Isr的入口函数，ReturnAddress是中断调用栈的栈底Os_TrapIsrEpilogue，中断执行完毕之后在这里切回原有线程。
CONST(Os_Hal_ContextConfigType, OS_CONST) OsCfg_Hal_Context_CounterIsr_SystemTimer ={/* .StackEndAddr = */ (uint32)(OS_STACK_GETHIGHADDRESS(OsCfg_Stack_OsCore0_Isr_Core_Dyn)+1),/* .StackStartAddr = */ (uint32)OS_STACK_GETLOWADDRESS(OsCfg_Stack_OsCore0_Isr_Core_Dyn),/* .ProgramStatus = */ (uint32)OS_HAL_PSW_IS_MASK | OS_HAL_PSW_CDE_MASK | OS_HAL_PSW_IO_SUPERVISOR | OS_HAL_PSW_S_MASK | OS_HAL_PSW_PRS_PS0,/* .Entry = */ (uint32)&Os_Isr_Os_TimerPfrtIsr,/* .ReturnAddress = */ (uint32)&Os_TrapIsrEpilogue,/* .IntStatus = */ ((uint32)130<<OS_HAL_PCXI_PCPN_BIT_POSITION) | OS_HAL_PCXI_PIE_ENABLED};
Context所指向的OsCfg_Hal_Context_OsCore0_Isr_Level5_Dyn为该Isr的上下文信息，包括返回地址、CSA等信息，如下图所示。
Dyn所指向结构体指示了该Isr的各种动态状态量，包括运行状态，运行时优先级等。在实际调试过程中可用于观察该中断状态。
2.5.2 中断Isr初始化阶段
关于Os的初始化，在本系列Counter章节中已经介绍过，这里就不赘述了，与Counter、Task等相同，Isr的初始化也是在Os_AppInit中进行的，其调用栈如下图所示。
中断的初始化相对于Task要简单，只有一个线程的初始化。
2.5.3 中断使能
中断在完成初始化之后，仅仅是配置了中断状态相关的寄存器此时中断还不能够运行，还需要使能中断。
一类中断的使能是需要用户手动操作的，推荐在EcuM_AL_SetProgrammableInterrupts函数中执行。
对于Os Counter的中断，之前的文章已经介绍过了，会在Timer的初始化中启动Os Tick所使用的中断。
而对于普通的二类中断，则是在Default_Init_Task_Trusted任务中进行使能的（前提是勾选了OsIsrInitialEnableInterruptSource），该任务是Os的内置任务，用户不可配置其中的Rbl，优先级也是建议配置为最高，启动Os之后优先执行。
在该任务中调用Os_InitialEnableInterruptSources函数，随后一路调用到Os_Hal_IntEnableSource函数中，在其中写入中断的SRC寄存器中SRE位域，使能该中断。
2.5.4 中断执行
一类中断的执行不经过Os进行处理，因此一类中断在经过中断向量表之后，直接跳转到其中断执行函数，此处不进行赘述。
对于二类中断，这里以Counter中断CounterIsr_SystemTimer为例，我们将断点打到中断向量表中。
可以看到该段汇编首先保存了低上下文，以供中断函数使用，然后将0x800255f4作为指针入参传递该Os_Hal_IsrRun函数中，我们在Map里搜索该地址发现它就是前文提到的OsCfg_Isr_CounterIsr_SystemTimer，也就是该中断的句柄。
然后我们从Os_Hal_IsrRun将其调用时序图画出。
在进入Os_Hal_IsrRun之后，会直接调用Os_IsrRun，然后进入Os的中断处理函数。所有的二类中断都会经过这个函数，在这里进行线程的切换以及上下文的处理。
首先会通过Os_IntSuspend关闭中断（虽然硬件在进入中断时已经关闭，但对于Os需要保证自身完整性），如果使能了0类中断，接下来会重新打开，以保证0类中断能够进入。
然后使用Os_CoreInterruptedThreadsPush记录中断嵌套次数。
接下来就是通过Os_ThreadSuspendAndStart进行线程的上下文处理了。
{Os_StackOverflowCheck();/* #15 Store FPU context if needed */Os_ThreadStoreFpuContext(Current);/* #20 Resume memory protection access rights of Next. */Os_MpSwitch(Current->Dyn->MpAccessRights, Next->Dyn->MpAccessRights);/* #25 Switch current thread pointer. */Os_CoreSetThread(Next);/* #30 Call PreThreadHook. */Os_ThreadCallPreThreadHook(Next, CallPreThreadHook);/* #40 Set the current stack pointer. */Os_CoreSetCurrentStack(Next->Stack, Next->Core);/* #50 Prepare context of next thread. */Os_Hal_ContextInit(Next->ContextConfig, Next->Context);/* #60 Setup FPU for next thread. */Os_ThreadInitFpu(Next);/* #70 Set parameter for the entry function, currently only used for hooks (hook thread pointer). */Os_Hal_ContextSetParameter(Next->Context, Next);/* #80 Update the Msr of the next thread. */Os_Hal_ContextSetUserMsrBits(Next->Context);/* #90 Perform context switch. */Os_Hal_ContextCallOnStack(Current->Context, Next->Context);/* #100 Restore FPU context if needed */Os_ThreadRestoreFpuContext(Current);}
在这里首先进行当前线程的栈检查，然后保存FPU上下文（如果需要），切换内存保护集，设置线程全局指针等上下文操作，然后在Os_Hal_ContextCallOnStack中进行上下文切换，切换到目标中断线程中。
在Os_Hal_ContextCallOnStack中首先将当前线程的上下文信息进行保存，如PCXI、返回地址等，在Os_Hal_ContextIntRestore中加载中断线程的内容然后完成切换动作，然后我们就来到了实际要处理的中断函数Os_TimerPfrtIsr中。
到这里Os真正开始处理对应的二类中断函数，也就是用户定义的业务代码。
当中断函数执行完毕之后，返回线程入口地址Os_TrapIsrEpilogue，然后调用Os_IsrEpilogue函数，在其中返回被打断的Task，或者返回被打断的其他中断，这样就切出了该中断线程，至此，该中断处理完成。
03
小结
本文介绍了Autosar Os中的中断Isr定义及其实现，就其类型及工具配置展开了介绍。通过对Vector Os实现机制进行了代码解析，详细介绍了中断Isr的处理过程。
end
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原文始发于微信公众号（谈思实验室）：AUTOSAR OS模块详解--中断ISR
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