Symbian OS高级开发内核篇之中断与Nanokernel

 中断

中断是挂起CPU正常执行的程序，进入中断处理状态，并跳转到处理中断的代码段。中断源是指可以迫使CPU进入中断处理状态的一个硬件设备或软件行为，中断源用一个TInt类型数字来标示， 这个数字通常作为中断ID，中断控制器来监控中断源。硬件给CPU产生中断信号通知，并提供挂起的中断信息。

 

ISR

中断服务程序或叫ISR（Interrupt Service Routine）是处理中断的代码，Symbian OS Kernel 调用ISR来响应中断通知，调用ISR的过程称为中断调度。ISR是一个单一的函数，并非类的成员函数。每个ISR携带一个32位的TAny*参数，它可以指向任何值，所以经常会有类型转换，具有代表性的是它通常指向一个类。ISR通常在中断向量表中维护。

 

每个中断源只能分配或绑定一个ISR，ISR可以在正常运行时绑定和释放，但每次只能绑定到一个中断源。设备驱动程序可以通过中断源ID来绑定和解绑定ISR。

 

中断向量表定义了哪些中断源绑定了哪些ISR，这个表必须有足够的空间来存放这些。在Symbian OS中，中断向量表就是一个数组。中断服务请求IRQ和快速中断请求FIQ需要区别开来，尽管中断向量表一个元素对应一个中断源，但在构建中断向量表时还是应将IRQ和FIQ分组，这样就可以通过中断ID号快速决定是IRQ还是FIQ。如下图所示：

 

 

 

 

图1 中断向量表示意图 （源：SDL）

 

Nanokernel

Nanokernel是Kernel的内核，它是一个小型的RTOS（real-time operation system）用来运行Symbian OS。

 

Nanokernel线程

 

Nanokernel线程是最基本的执行单元，具有线程优先级，范围为0到64，调度时基于优先级的高低，高优先级的先调用。0优先级系统保留，为idle线程使用。优先级1到27及48，为Symbian OS 线程使用，其中优先级12是为前台应用程序使用，剩下的35个优先级为实时程序所用。

 

Nanokernel线程可以动态创建和销毁，但是它不做任何内存管理工作，线程对象及线程堆栈的内存都由线程调用者提供，其实这个规则不仅是对线程，而是遍布整个Nanokernel，所有动态创建的对象的内存，都必须由调用者来创建和销毁。

 

Nanokernel同步

 

Nanokernel提供了如下的同步对象：

• NFastSemaphore对象，一个快速的信号量。它是特定Nanokernel线程所拥有的一个轻量级信号量，任何线程可以发信号给它，但只有它的所有者可以等待这个信号量。
• NFastMutex对象，一个快速的互斥体。它是一个轻量级的互斥体。它为快速请求和释放作了优化，并提供优先级继承。它不可以嵌套，如一个线程不能同时拥有或等待两个互斥体。另外，拥有互斥体的线程不能阻塞任何其他的等待对象。
• 延迟调用（DFC，Deferred function calls）。

 

线程同步时可以通过调用NKern::DisableAllInterrupts（）来禁用中断，还可以调用NKern::Lock()来禁止抢占。当然，要谨慎使用这两个功能，因为它会影响到系统各个方面。

 

Nanokernel线程处理器

 

每一个Nanokernel线程可以定义以下的处理:

• 退出处理，线程终止前在要退出线程的上下文中调用。
• 异常处理，在执行线程时CPU发生异常时调用，在线称的上下文中调用。
• 超时处理，当线程等待超时处于阻塞状态或不可知状态时调用，它在Nanokernel时钟线程的上下文中调用，并允许抢占。
• 状态处理，在线程挂起、重新启动、释放、优先级改变、线程等待超时且无超时处理或线程处于无法识别的状态时调用。

 

时钟管理

Nanokernel提供了基本的时钟对象，NTimer，可以生成一次性或周期性中断。当时钟到期时会从时钟ISR或Nanokernel时钟线程调用超时处理，时钟对象可以在任何上下文中操作。时钟由系统周期性脉冲中断驱动，通常是1毫秒一次。