ARM linux系统调用的实现原理

baqiao

. T" T: P( ]6 v. U大家都知道linux的应用程序要想访问内核必须使用系统调用从而实现从usr模式转到svc模式。下面咱们看看它的实现过程。
- S# t. ?7 B+ a0 e& d+ y- Z
4 i: ?6 R, v- Y6 ?' D* V& j; c系统调用是os操作系统提供的服务，用户程序通过各种系统调用，来引用内核提供的各种服务，系统调用的执行让用户程序陷入内核，该陷入动作由swi软中断完成。

at91rm9200处理器对应的linux2.4.19内核系统调用对应的软中断定义如下:
#if defined(__thumb__) //thumb模式
7 M' L1 I) S( g1 S3 r, D$ r#define __syscall(name) /
3 v, F$ M+ t1 O/ K& i* J! x"push {r7}/n/t" /
"mov r7， #" __sys1(__NR_##name) "/n/t" /
"swi 0/n/t" /
"pop {r7}"
* L; \7 q4 ?+ |4 M+ `  Q* H#else //ARM模式
#define __syscall(name) "swi/t" __sys1(__NR_##name) "/n/t"
#endif

#define __sys2(x) #x
( s/ J* w$ U2 ]+ P1 @! m! r8 X#define __sys1(x) __sys2(x)
2 N( @/ Q4 U) I$ Q: |#define __NR_SYSCALL_BASE 0x900000 //此为OS_NUMBER << 20运算值
1 h  e2 V& E0 n4 E$ \- G#define __NR_open (__NR_SYSCALL_BASE+ 5) //0x900005

0 [5 F5 |: H7 `$ l$ p/ ~; j
" _. b3 G$ e+ R# v& A! w
举一个例子来说：open系统调用，库函数最终会调用__syscall(open)，宏展开之后为swi #__NR_open，即，swi #0x900005触发中断，中断号0x900005存放在[lr，#-4]地址中，处理器跳转到arch/arm/kernel/entry-common.S中vector_swi读取[lr，#-4]地址中的中断号，之后查询arch/arm/kernel/entry-common.S中的sys_call_table系统调用表，该表内容在arch/arm/kernel/calls.S中定义，__NR_open在表中对应的顺序号为
__syscall_start:
...
3 i9 i# F) M; V" G- ]0 G/ C; i.long SYMBOL_NAME(sys_open) //第5个
...

2 W  K7 d* a  ]+ q将sys_call_table[5]中内容传给pc，系统进入sys_open函数，处理实质的open动作

; a5 D5 p1 f" y" U$ d, m+ ?7 Q5 e注:用到的一些函数数据所在文件，如下所示

- t% y1 L# d' a& |- m+ narch/arm/kernel/calls.S声明了系统调用函数
8 E# z4 J) ~2 `" @4 Q8 @; l9 x, p
include/asm-arm/unistd.h定义了系统调用的调用号规则
vector_swi定义在arch/arm/kernel/entry-common.S
vector_IRQ定义在arch/arm/kernel/entry-armv.S
/ G+ Y9 ]: M; _, j( Ovector_FIQ定义在arch/arm/kernel/entry-armv.S
$ B8 X; V+ A( G, z# Z) j( ?6 n" darch/arm/kernel/entry-common.S中对sys_call_table进行了定义:
% O% c4 I  \* B3 T; K# R0 e.type sys_call_table， #object
ENTRY(sys_call_table)
#include "calls.S" //将calls.S中的内容顺序链接到这里
源程序：
ENTRY(vector_swi)
save_user_regs
zero_fp
( K+ d# M/ k* d: X+ Dget_scno //将[lr，#-4]中的中断号转储到scno(r7)
- e9 C0 u2 |) b0 Carm710_bug_check scno， ip
#ifdef CONFIG_ALIGNMENT_TRAP
8 }1 F* z  Y$ g6 q8 K0 D' M: {ldr ip， __cr_alignment
ldr ip， [ip]
% \2 Y6 z6 n8 tmcr p15， 0， ip， c1， c0        @ update control register
#endif
enable_irq ip
) v3 r" `7 \. M- l* V2 Z$ C
str r4， [sp， #-S_OFF]!        @ push fifth arg

& A# q  x( v- a3 wget_current_task tsk
ldr ip， [tsk， #TSK_PTRACE]        @ check for syscall tracing
; l- ?( w9 ^- x& k* ebic scno， scno， #0xff000000        @ mask off SWI op-code
//#define OS_NUMBER 9[entry-header.S]
% b7 V) R4 e, T9 R* W) A0 S//所以对于上面示例中open系统调用号scno=0x900005
//eor scno，scno，#0x900000
+ h! H' n; \& J- w//之后scno=0x05
eor scno， scno， #OS_NUMBER << 20        @ check OS number
//sys_call_table项为calls.S的内容
. V/ G; A$ j) ]( t2 Q9 Kadr tbl， sys_call_table        @ load syscall table pointer
4 T5 ?' D) g4 u+ x, F- [tst ip， #PT_TRACESYS        @ are we tracing syscalls?
bne __sys_trace
" l' v* O* g: p' n' Q
+ V- r& i" Z  _) I6 Radrsvc al， lr， ret_fast_syscall        @ return address
# C: W$ a* x! a) Ycmp scno， #NR_syscalls        @ check upper syscall limit
9 ^5 e: _% [. o+ h//执行sys_open函数
9 u8 ^+ R* w/ w. s* T+ y+ {  J7 kldrcc pc， [tbl， scno， lsl #2]        @ call sys_* routine
# k5 g3 u* m0 H/ P+ y- @add r1， sp， #S_OFF
  M- i8 \0 S' I/ B, p. a2: mov why， #0        @ no longer a real syscall
1 R  N" n* T( o4 h/ i0 Zcmp scno， #ARMSWI_OFFSET
eor r0， scno， #OS_NUMBER << 20        @ put OS number back
bcs SYMBOL_NAME(arm_syscall)
* H( O  x+ Z6 T7 D1 I" j0 X5 db SYMBOL_NAME(sys_ni_syscall)        @ not private func
$ D) k7 r. I7 K" t! e+ O- ~0 }/*
* This is the really slow path. We're going to be doing
0 _, W( K4 w/ D0 m$ `* context switches， and waiting for our parent to respond.
*/
" a3 `, N# A+ C! ^/ i__sys_trace:
, T  w9 ?2 N: u. P9 ladd r1， sp， #S_OFF
mov r0， #0        @ trace entry [IP = 0]
bl SYMBOL_NAME(syscall_trace)
2 Y6 o* `- @* s4 ^' m2 f9 @/*
& ?  \- y4 y1 ^; h! u//2007-07-01 gliethttp [entry-header.S]
//Like adr， but force SVC mode (if required)
.macro adrsvc， cond， reg， label
adr/cond /reg， /label
6 N- R+ V, A2 O# X.endm
/ G, b. V9 c' ]$ U- G( K  G; {5 P9 y//对应反汇编:
//add lr， pc， #16 ; lr = __sys_trace_return
" Y# E2 o$ q4 c  N*/
adrsvc al， lr， __sys_trace_return        @ return address
add r1， sp， #S_R0 + S_OFF        @ pointer to regs
$ {; m" Z2 f5 F( E9 E; xcmp scno， #NR_syscalls        @ check upper syscall limit
ldmccia r1， {r0 - r3}        @ have to reload r0 - r3
2 w# `2 x" Q! z& i. A. D$ Sldrcc pc， [tbl， scno， lsl #2]        @ call sys_* routine
1 z6 s! k# Y0 [0 j* n" vb 2b

, l. U% i, [" a) l2 j- ?- n4 Z__sys_trace_return:
; O8 p7 N1 z, Y# m: h  _str r0， [sp， #S_R0 + S_OFF]!        @ save returned r0
mov r1， sp
mov r0， #1        @ trace exit [IP = 1]
! t. G: O" v$ a: h0 D  r# x1 Vbl SYMBOL_NAME(syscall_trace)
/ I7 U! y1 u6 Gb ret_disable_irq

; h. X2 N- W/ w" D- ]8 a& O.align 5
#ifdef CONFIG_ALIGNMENT_TRAP
. b) X+ J/ m5 X; L.type __cr_alignment， #object
__cr_alignment:
; x  p0 f$ \% R.word SYMBOL_NAME(cr_alignment)
#endif
* B* N9 Y8 i: I) x( i4 ~* K; m.type sys_call_table， #object
ENTRY(sys_call_table)
#include "calls.S"

NingW

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