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:
6 R. o0 `3 h3 Q: H/ r* Q7 F8 s' z#if defined(__thumb__) //thumb模式
#define __syscall(name) /
/ J- w) `" R/ U1 e! f3 e"push {r7}/n/t" /
"mov r7， #" __sys1(__NR_##name) "/n/t" /
9 r- ]( y6 e  `' U. ]$ m"swi 0/n/t" /
"pop {r7}"
#else //ARM模式
7 s/ l, B0 ?3 e8 _8 o8 D5 z#define __syscall(name) "swi/t" __sys1(__NR_##name) "/n/t"
#endif
6 |4 f0 r  ]# ^9 ~( p0 C
#define __sys2(x) #x
, {) t1 r- z8 C, O) v4 i! ^#define __sys1(x) __sys2(x)
2 S4 w5 K/ n% x& r#define __NR_SYSCALL_BASE 0x900000 //此为OS_NUMBER << 20运算值
' d# l6 M4 e" L) m#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
/ x' i2 e8 @9 Q3 _* M0 ]; v- m__syscall_start:
...
- h  d! ^' [& B9 h.long SYMBOL_NAME(sys_open) //第5个
...

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
& o) z' t8 l, D2 k9 `vector_swi定义在arch/arm/kernel/entry-common.S
vector_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:
: `+ w- K2 P: n1 }4 H.type sys_call_table， #object
, h; l0 j- L+ }7 ]2 {- S, _5 s8 C  ZENTRY(sys_call_table)
" U( A  r, G# h* j! ~#include "calls.S" //将calls.S中的内容顺序链接到这里
源程序：
ENTRY(vector_swi)
! I' b  E; ?* j5 j6 Z7 k9 wsave_user_regs
zero_fp
' P( ~6 g3 i% Cget_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
8 O$ y% N1 R" Z+ hldr ip， [ip]
  R' Q/ W( J7 o$ ^3 h4 n6 |mcr p15， 0， ip， c1， c0        @ update control register
#endif
$ j* G( f$ r; S! ^8 ]$ Z" Kenable_irq ip
; u5 K. P9 B5 b2 i
, ]8 a5 Y2 ?, t" E3 r- Zstr r4， [sp， #-S_OFF]!        @ push fifth arg
* v! |. q, P) ^: H  E
get_current_task tsk
ldr ip， [tsk， #TSK_PTRACE]        @ check for syscall tracing
2 {5 i( `" m, J  `5 K5 lbic scno， scno， #0xff000000        @ mask off SWI op-code
//#define OS_NUMBER 9[entry-header.S]
//所以对于上面示例中open系统调用号scno=0x900005
//eor scno，scno，#0x900000
* W8 \& J$ G: w$ m- X4 `//之后scno=0x05
eor scno， scno， #OS_NUMBER << 20        @ check OS number
//sys_call_table项为calls.S的内容
adr tbl， sys_call_table        @ load syscall table pointer
tst ip， #PT_TRACESYS        @ are we tracing syscalls?
$ I) A- P+ P! }$ M% U! U; zbne __sys_trace

& Q" \! e  m: g6 Sadrsvc al， lr， ret_fast_syscall        @ return address
2 q: H: ]: h1 zcmp scno， #NR_syscalls        @ check upper syscall limit
//执行sys_open函数
* ]6 U0 L& B6 A6 Bldrcc 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
! u, s7 ?, q! o% d1 z1 J1 gbcs SYMBOL_NAME(arm_syscall)
b SYMBOL_NAME(sys_ni_syscall)        @ not private func
* g/ P! T; u1 q/*
* This is the really slow path. We're going to be doing
* context switches， and waiting for our parent to respond.
*/
__sys_trace:
add r1， sp， #S_OFF
mov r0， #0        @ trace entry [IP = 0]
' T9 w# u' O8 W6 Pbl SYMBOL_NAME(syscall_trace)
* ?- P. u8 T5 X/*
# c' x* D$ ^+ E8 y//2007-07-01 gliethttp [entry-header.S]
7 J' ^8 o9 \- ]7 `//Like adr， but force SVC mode (if required)
.macro adrsvc， cond， reg， label
adr/cond /reg， /label
: ]" ?6 `9 H  }.endm
6 F& p- ]4 e" C& p//对应反汇编:
//add lr， pc， #16 ; lr = __sys_trace_return
% s  W: `( B: |) I. A*/
adrsvc al， lr， __sys_trace_return        @ return address
8 F5 j" B8 w$ d/ v( o- Z. X" Zadd r1， sp， #S_R0 + S_OFF        @ pointer to regs
cmp scno， #NR_syscalls        @ check upper syscall limit
) W6 c9 K6 S$ Y) j5 x* eldmccia r1， {r0 - r3}        @ have to reload r0 - r3
ldrcc pc， [tbl， scno， lsl #2]        @ call sys_* routine
) {) ]( Z1 q1 V! Hb 2b

; r" i4 z9 h; E* I( r__sys_trace_return:
" s2 V$ ?. D% [str r0， [sp， #S_R0 + S_OFF]!        @ save returned r0
" _: P0 c: b, J  N3 j# C* emov r1， sp
mov r0， #1        @ trace exit [IP = 1]
bl SYMBOL_NAME(syscall_trace)
. G/ |' J1 ]+ j! @0 ?3 Eb ret_disable_irq
: Z4 B% E" V% T4 Z
.align 5
( Y  B* v# r! o$ ]: g- b' s#ifdef CONFIG_ALIGNMENT_TRAP
8 h( J/ Q  b6 X5 e" c8 F.type __cr_alignment， #object
2 g. E5 ?) U( v  a, I! n; k+ B  p9 K, d__cr_alignment:
* j1 B) ^* t  M) u.word SYMBOL_NAME(cr_alignment)
9 c; {% X* E# G: F0 Q1 P% U. J, Z#endif
.type sys_call_table， #object
" }4 r: C: U* x" j. q' G. d" @% gENTRY(sys_call_table)
! r* j& S# v* b#include "calls.S"

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