ARM Linux系统调用实现原理探析

"嵌入式系统/ARM技术中的ARM Linux系统调用的实现原理主要讲解了用户程序如何通过系统调用来访问内核服务，并详细介绍了在ARM架构下，特别是at91rm9200处理器上，Linux内核2.4.19版本的系统调用处理流程。" 在嵌入式系统和ARM技术中，Linux系统调用是用户空间程序与内核交互的关键机制。当应用程序需要执行只有内核才能提供的服务时，例如磁盘I/O、网络通信等，就会触发系统调用。这个过程涉及到从用户模式（usr模式）切换到特权级更高的内核模式（svc模式）。 系统调用通常通过软件中断（SWI，Software Interrupt）来实现。在ARM处理器中，SWI是一种特殊的指令，当执行SWI指令时，处理器会停止当前执行的代码，转而执行内核中对应的中断服务例程。在at91rm9200处理器上，Linux内核2.4.19版本中，系统调用的SWI指令通常经过预编译宏进行包装，以便在Thumb或ARM模式下正确地触发中断。 对于 Thumb 模式，系统调用宏定义如下： ```c #define __syscall(name) \ "push {r7}\n\t" \ "mov r7, #__sys1(__NR_##name)\n\t" \ "swi 0\n\t" \ "pop {r7}" ``` 这段代码首先保存寄存器r7，然后将系统调用号存储到r7中，接着执行SWI 0指令触发中断。对于ARM模式，系统调用的宏简化为直接执行SWI指令，如下： ```c #define __syscall(name) "swi\t" __sys1(__NR_##name) "\n\t" ``` 这里的`__NR_##name`是预定义的系统调用号，例如对于open系统调用，其调用号为`__NR_open`，这个数值加上基础偏移量（例如`__NR_SYSCALL_BASE + 5`）得到实际的中断号。 在系统调用发生后，处理器会保存现场，跳转到中断处理程序，这个过程在`arch/arm/kernel/entry-common`中的代码进行处理。中断处理程序会识别中断号，执行相应的服务并最后返回到用户模式，恢复程序的执行。 系统调用的具体实现细节包括： 1. **系统调用表**：Linux内核维护了一个系统调用表，表中的每个条目对应一个系统调用服务。根据中断号，内核能够找到相应的处理函数。 2. **权限转换**：用户模式到内核模式的转换涉及权限级别的提升，这需要硬件的支持，例如在ARM处理器中，处理器状态寄存器CPSR的模式位会改变。 3. **参数传递**：系统调用的参数通常通过特定的寄存器传递给内核。在ARM架构下，通常是r0-r3用于传递前四个参数，r7通常用于传递系统调用号。 4. **返回机制**：执行完内核服务后，通过恢复现场和执行适当的返回指令，如`eret`，处理器返回到用户模式，继续执行用户程序。 理解这些机制对开发和调试嵌入式系统中的Linux应用程序至关重要，因为它揭示了程序如何与底层硬件和内核进行交互，以及如何保证安全性和效率。通过熟练掌握这些概念，开发者可以更好地设计和优化系统调用密集型的应用。