ARM linux系统调用的实现原理

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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。

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
#define __syscall(name) /
"push {r7}/n/t" /
"mov r7， #" __sys1(__NR_##name) "/n/t" /
"swi 0/n/t" /
# `2 x3 P1 O2 J$ x8 V9 Y"pop {r7}"
% F- a( s' m; \#else //ARM模式
( ?  G8 Y) g/ d+ e' t#define __syscall(name) "swi/t" __sys1(__NR_##name) "/n/t"
$ ?7 E$ i2 q) O" @" G#endif
; C1 q" W! z1 ~5 u0 p# u+ X
; p& s- u) J3 N  I9 [4 C#define __sys2(x) #x
#define __sys1(x) __sys2(x)
#define __NR_SYSCALL_BASE 0x900000 //此为OS_NUMBER << 20运算值
#define __NR_open (__NR_SYSCALL_BASE+ 5) //0x900005

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:
0 @! w+ B% `* |: x0 n& a2 x...
.long SYMBOL_NAME(sys_open) //第5个
; B6 Q3 U) W; ~. ]4 ~...

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

注:用到的一些函数数据所在文件，如下所示

arch/arm/kernel/calls.S声明了系统调用函数

include/asm-arm/unistd.h定义了系统调用的调用号规则
- ^- C  h: P  ?7 Q/ nvector_swi定义在arch/arm/kernel/entry-common.S
* a  G9 }: d, S! dvector_IRQ定义在arch/arm/kernel/entry-armv.S
vector_FIQ定义在arch/arm/kernel/entry-armv.S
arch/arm/kernel/entry-common.S中对sys_call_table进行了定义:
.type sys_call_table， #object
ENTRY(sys_call_table)
' v' p' |: P" j8 ?  R#include "calls.S" //将calls.S中的内容顺序链接到这里
$ u0 [- V. C( r; t! h9 W源程序：
ENTRY(vector_swi)
save_user_regs
zero_fp
get_scno //将[lr，#-4]中的中断号转储到scno(r7)
arm710_bug_check scno， ip
#ifdef CONFIG_ALIGNMENT_TRAP
ldr ip， __cr_alignment
ldr ip， [ip]
mcr p15， 0， ip， c1， c0        @ update control register
#endif
6 ^* R' }, b1 E) genable_irq ip
- ]3 F1 G5 b% Y. N
str r4， [sp， #-S_OFF]!        @ push fifth arg
3 Q, u- G7 r* H9 V! m* J
get_current_task tsk
6 O' Y( h* y, D. @  [5 U+ q6 Zldr ip， [tsk， #TSK_PTRACE]        @ check for syscall tracing
4 k4 Q- o, n% B+ mbic scno， scno， #0xff000000        @ mask off SWI op-code
2 E, m% _2 }$ ^3 G//#define OS_NUMBER 9[entry-header.S]
% s: m" m4 D0 b//所以对于上面示例中open系统调用号scno=0x900005
8 {6 o# @; F6 b# Q/ x//eor scno，scno，#0x900000
//之后scno=0x05
) h1 z: I: b( p& P+ [8 o6 `! Teor scno， scno， #OS_NUMBER << 20        @ check OS number
+ d6 U5 q9 R' [3 M+ _$ c7 s//sys_call_table项为calls.S的内容
0 z) v8 k) Q3 r; C3 Hadr tbl， sys_call_table        @ load syscall table pointer
+ W% g1 G$ n! Z. _tst ip， #PT_TRACESYS        @ are we tracing syscalls?
/ i2 I# y4 C  qbne __sys_trace

adrsvc al， lr， ret_fast_syscall        @ return address
cmp scno， #NR_syscalls        @ check upper syscall limit
//执行sys_open函数
+ q  e& o. d/ ]* q. Q. Rldrcc pc， [tbl， scno， lsl #2]        @ call sys_* routine
add r1， sp， #S_OFF
2: mov why， #0        @ no longer a real syscall
cmp scno， #ARMSWI_OFFSET
eor r0， scno， #OS_NUMBER << 20        @ put OS number back
bcs SYMBOL_NAME(arm_syscall)
5 F7 {2 L9 a; j8 B8 ~3 Tb SYMBOL_NAME(sys_ni_syscall)        @ not private func
8 C% @& y  @1 ]! K/*
* This is the really slow path. We're going to be doing
9 m$ `  {& r" g3 r  Y2 M5 t1 j* context switches， and waiting for our parent to respond.
*/
__sys_trace:
) r9 f. l; N& c) M* |7 d8 Q5 yadd r1， sp， #S_OFF
2 g$ s% O3 {; o3 G5 `2 P1 P  A! Vmov r0， #0        @ trace entry [IP = 0]
$ K- N; g' r$ ^  Abl SYMBOL_NAME(syscall_trace)
/*
7 i# f: j: s$ Q2 [% j; ?4 T& m$ ~//2007-07-01 gliethttp [entry-header.S]
//Like adr， but force SVC mode (if required)
! [! X4 @* U! s! @: f5 I( C.macro adrsvc， cond， reg， label
adr/cond /reg， /label
5 b+ L) l/ k! e.endm
//对应反汇编:
//add lr， pc， #16 ; lr = __sys_trace_return
*/
8 i6 M0 ^; ?4 n( g  }adrsvc al， lr， __sys_trace_return        @ return address
add r1， sp， #S_R0 + S_OFF        @ pointer to regs
cmp scno， #NR_syscalls        @ check upper syscall limit
6 t/ q3 b! V! R9 |% C, \! b+ [& Aldmccia r1， {r0 - r3}        @ have to reload r0 - r3
  X# e* J% }  W( H7 ]$ Vldrcc pc， [tbl， scno， lsl #2]        @ call sys_* routine
b 2b
) G0 A! s/ Y! P4 g* n
' g3 b: |- V+ p) s# Z__sys_trace_return:
str r0， [sp， #S_R0 + S_OFF]!        @ save returned r0
mov r1， sp
mov r0， #1        @ trace exit [IP = 1]
6 ?6 P* g! Z% K2 Z6 S$ y5 y; Xbl SYMBOL_NAME(syscall_trace)
" L8 C' `! g# \b ret_disable_irq

/ W- m) r: w/ q0 U.align 5
#ifdef CONFIG_ALIGNMENT_TRAP
.type __cr_alignment， #object
__cr_alignment:
0 @4 D* u- C* K& P) m& }.word SYMBOL_NAME(cr_alignment)
#endif
.type sys_call_table， #object
; @( C' E6 U# [6 F, }ENTRY(sys_call_table)
#include "calls.S"

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ARM linux系统调用的实现原理