linux系统调用的封装格式,ARM Linux系统调用的原理
ARM Linux系統(tǒng)調(diào)用的原理ARM Linux系統(tǒng)調(diào)用的原理
操作系統(tǒng)為在用戶態(tài)運行的進程與硬件設(shè)備進行交互提供了一組接口。在應(yīng)用程序和硬件之間設(shè)置一個額外層具有很多優(yōu)點。首先，這使得編程更加容易，把用戶從學(xué)習(xí)硬件設(shè)備的低級編程特性中解放出來。其次，這極大地提高了系統(tǒng)的安全性，因為內(nèi)核在試圖滿足某個請求之前在接口級就可以檢查這種請求的正確性。最后，更重要的是這些接口使得程序具有可移植性，因為只要內(nèi)核所提供的一組接口相同，那么在任一內(nèi)核之上就可以正確地編譯和執(zhí)行程序。
Unix系統(tǒng)通過向內(nèi)核發(fā)出系統(tǒng)調(diào)用(system call)實現(xiàn)了用戶態(tài)進程和硬件設(shè)備之間的大部分接口。系統(tǒng)調(diào)用是操作系統(tǒng)提供的服務(wù)，用戶程序通過各種系統(tǒng)調(diào)用，來引用內(nèi)核提供的各種服務(wù)，系統(tǒng)調(diào)用的執(zhí)行讓用戶程序陷入內(nèi)核，該陷入動作由swi軟中斷完成。
應(yīng)用編程接口(API)與系統(tǒng)調(diào)用的不同在于，前者只是一個函數(shù)定義，說明了如何獲得一個給定的服務(wù)，而后者是通過軟件中斷向內(nèi)核發(fā)出的一個明確的請求。POSIX標(biāo)準(zhǔn)針對API，而不針對系統(tǒng)調(diào)用。Unix系統(tǒng)給程序員提供了很多API庫函數(shù)。libc的標(biāo)準(zhǔn)c庫所定義的一些API引用了封裝例程(wrapper routine)(其唯一目的就是發(fā)布系統(tǒng)調(diào)用)。通常情況下，每個系統(tǒng)調(diào)用對應(yīng)一個封裝例程，而封裝例程定義了應(yīng)用程序使用的API。反之則不然，一個API沒必要對應(yīng)一個特定的系統(tǒng)調(diào)用。從編程者的觀點看，API和系統(tǒng)調(diào)用之間的差別是沒有關(guān)系的：唯一相關(guān)的事情就是函數(shù)名、參數(shù)類型及返回代碼的含義。然而，從內(nèi)核設(shè)計者的觀點看，這種差別確實有關(guān)系，因為系統(tǒng)調(diào)用屬于內(nèi)核，而用戶態(tài)的庫函數(shù)不屬于內(nèi)核。
大部分封裝例程返回一個整數(shù)，其值的含義依賴于相應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用。返回-1通常表示內(nèi)核不能滿足進程的請求。系統(tǒng)調(diào)用處理程序的失敗可能是由無效參數(shù)引起的，也可能是因為缺乏可用資源，或硬件出了問題等等。在libc庫中定義的errno變量包含特定的出錯碼,每個出錯碼定義為一個常量宏。
當(dāng)用戶態(tài)的進程調(diào)用一個系統(tǒng)調(diào)用時，CPU切換到內(nèi)核態(tài)并開始執(zhí)行一個內(nèi)核函數(shù)。因為內(nèi)核實現(xiàn)了很多不同的系統(tǒng)調(diào)用，因此進程必須傳遞一個名為系統(tǒng)調(diào)用號(system call number)的參數(shù)來識別所需的系統(tǒng)調(diào)用。所有的系統(tǒng)調(diào)用核都返回一個整數(shù)值。這些返回值與封裝例程返回值的約定是不同的。在內(nèi)中，整數(shù)或0表示系統(tǒng)調(diào)用成功結(jié)束，而負數(shù)表示一個出錯條件。在后一種情況下，這個值就是存放在errno變量中必須返回給應(yīng)用程序的負出錯碼。
ARM Linux系統(tǒng)利用SWI指令來從用戶空間進入內(nèi)核空間，還是先讓我們了解下這個SWI指令吧。SWI指令用于產(chǎn)生軟件中斷，從而實現(xiàn)從用戶模式到管理模式的變換，CPSR保存到管理模式的SPSR，執(zhí)行轉(zhuǎn)移到SWI向量。在其他模式下也可使用SWI指令，處理器同樣地切換到管理模式。指令格式如下：
SWI{cond} immed_24
其中：
immed_2424位立即數(shù)，值為從0——16777215之間的整數(shù)。
使用SWI指令時，通常使用以下兩種方法進行參數(shù)傳遞，SWI異常處理程序可以提供相關(guān)的服務(wù)，這兩種方法均是用戶軟件協(xié)定。
1)、指令中24位的立即數(shù)指定了用戶請求的服務(wù)類型，參數(shù)通過通用寄存器傳遞。SWI異常處理程序要通過讀取引起軟件中斷的SWI指令，以取得24為立即數(shù)。如：
MOV R0,#34
SWI 12
2)、指令中的24位立即數(shù)被忽略，用戶請求的服務(wù)類型由寄存器R0的值決定，參數(shù)通過其他的通用寄存器傳遞。如：
MOV R0, #12
MOV R1, #34
SWI 0
在SWI異常處理程序中，取出SWI立即數(shù)的步驟為：首先確定引起軟件中斷的SWI指令是ARM指令還是Thumb指令，這可通過對SPSR訪問得到；然后取得該SWI指令的地址，這可通過訪問LR寄存器得到；接著讀出指令，分解出立即數(shù)(低24位)。
由用戶空間進入系統(tǒng)調(diào)用
通常情況下，我們寫的用戶空間應(yīng)用程序都是通過封裝的C lib來調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用的。以0.9.30版uClibc中的open為例，來追蹤一下這個封裝的函數(shù)是如何一步一步的調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用的。在include/fcntl.h中有定義：
#define open open64
open實際上只是open64的一個別名而已。
在libc/sysdeps/linux/common/open64.c中可以看到：
extern __typeof(open64) __libc_open64;
extern __typeof(open) __libc_open;
可見open64也只不過是__libc_open64的別名，而__libc_open64函數(shù)在同一個文件中定義：
libc_hidden_proto(__libc_open64)
int __libc_open64 (const char *file, int oflag, ...)
{
mode_t mode = 0;
if (oflag & O_CREAT)
{
va_list arg;
va_start (arg, oflag);
mode = va_arg (arg, mode_t);
va_end (arg);
}
return __libc_open(file, oflag | O_LARGEFILE, mode);
}
libc_hidden_def(__libc_open64)
最終__libc_open64又調(diào)用了__libc_open函數(shù)，這個函數(shù)在文件libc/sysdeps/linux/common/open.c中定義：
libc_hidden_proto(__libc_open)
int __libc_open(const char *file, int oflag, ...)
{
mode_t mode = 0;
if (oflag & O_CREAT) {
va_list arg;
va_start (arg, oflag);
mode = va_arg (arg, mode_t);
va_end (arg);
}
return __syscall_open(file, oflag, mode);
}
libc_hidden_def(__libc_open)
這個函數(shù)，也是僅僅根據(jù)打開標(biāo)志oflag的值，來判斷是否有第三個參數(shù)，若由，則獲得其值。之后，便用獲得的參數(shù)來調(diào)用__syscall_open(file, oflag, mode)。
__syscall_open在同一個文件中定義：
static __inline__ _syscall3(int, __syscall_open, const char *, file,
int, flags, __kernel_mode_t, mode)
在文件libc/sysdeps/linux/arm/bits/syscalls.h文件中可以看到：
#undef _syscall3
#define _syscall3(type,name,type1,arg1,type2,arg2,type3,arg3) \
type name(type1 arg1,type2 arg2,type3 arg3) \
{ \
return (type) (INLINE_SYSCALL(name, 3, arg1, arg2, arg3)); \
}
這個宏實際上完成定義一個函數(shù)的工作，宏的第一個參數(shù)是函數(shù)的返回值類型，第二個參數(shù)是函數(shù)名，之后的參數(shù)就如同它們的參數(shù)名所表明的那樣，分別是函數(shù)的參數(shù)類型及參數(shù)名。__syscall_open實際上為：
int __syscall_open (const char * file,int flags, __kernel_mode_t mode)
{
return (int) (INLINE_SYSCALL(__syscall_open, 3, file, flags, mode));
}
INLINE_SYSCALL為同一個文件中定義的宏：
#undef INLINE_SYSCALL
#define INLINE_SYSCALL(name, nr, args...)\
({ unsigned int _inline_sys_result = INTERNAL_SYSCALL (name, , nr, args);\
if (__builtin_expect (INTERNAL_SYSCALL_ERROR_P (_inline_sys_result, ), 0))\
{\
__set_errno (INTERNAL_SYSCALL_ERRNO (_inline_sys_result, ));\
_inline_sys_result = (unsigned int) -1;\
}\
(int) _inline_sys_result; })
INLINE_SYSCALL宏中最值得注意的是INTERNAL_SYSCALL，其定義如下：
#undef INTERNAL_SYSCALL
#if !defined(__thumb__)
#if defined(__ARM_EABI__)
#define INTERNAL_SYSCALL(name, err, nr, args...)\
({unsigned int __sys_result;\
{\
register int _a1 __asm__ ("r0"), _nr __asm__ ("r7");\
LOAD_ARGS_##nr (args)\
_nr = SYS_ify(name);\
__asm__ __volatile__ ("swi0x0@ syscall " #name\
: "=r" (_a1)\
: "r" (_nr) ASM_ARGS_##nr\
: "memory");\
__sys_result = _a1;\
}\
(int) __sys_result; })
#else /* defined(__ARM_EABI__) */
#define INTERNAL_SYSCALL(name, err, nr, args...)\
({ unsigned int __sys_result;\
{\
register int _a1 __asm__ ("a1");\
LOAD_ARGS_##nr (args)\
__asm__ __volatile__ ("swi%1@ syscall " #name\
: "=r" (_a1)\
: "i" (SYS_ify(name)) ASM_ARGS_##nr\
: "memory");\
__sys_result = _a1;\
}\
(int) __sys_result; })
#endif
這里也將同文件中的LOAD_ARGS宏的定義貼出來：
#define LOAD_ARGS_0()
#define ASM_ARGS_0
#define LOAD_ARGS_1(a1)\
_a1 = (int) (a1);\
LOAD_ARGS_0 ()
#define ASM_ARGS_1ASM_ARGS_0, "r" (_a1)
#define LOAD_ARGS_2(a1, a2)\
register int _a2 __asm__ ("a2") = (int) (a2);\
LOAD_ARGS_1 (a1)
#define ASM_ARGS_2ASM_ARGS_1, "r" (_a2)
#define LOAD_ARGS_3(a1, a2, a3)\
register int _a3 __asm__ ("a3") = (int) (a3);\
LOAD_ARGS_2 (a1, a2)
這幾個宏用來在寄存器中加載相應(yīng)的參數(shù)，參數(shù)傳遞的方式和普通的C函數(shù)也沒有什么太大的區(qū)別，同樣都是將參數(shù)列表中的參數(shù)依次放入寄存器r0、r1、r2、r3…中。
上面的SYS_ify(name)宏，是用來獲得系統(tǒng)調(diào)用號的。
#define SYS_ify(syscall_name)(__NR_##syscall_name)
也就是__NR___syscall_open，在libc/sysdeps/linux/common/open.c中可以看到這個宏的定義：
#define __NR___syscall_open __NR_open
__NR_open在內(nèi)核代碼的頭文件中有定義。
在這里我們忽略定義__thumb__的情況，而假設(shè)我們編譯出來的庫函數(shù)使用的都是ARM指令集。在上面的代碼中，我們看到，根據(jù)是否定義宏__ARM_EABI__，INTERNAL_SYSCALL會被展開為兩種不同的版本。關(guān)于這一點，與應(yīng)用二進制接口ABI有關(guān)，不同的ABI，則會有不同的傳遞系統(tǒng)調(diào)用號的方法。對于比較新的EABI，則在r7寄存器保存系統(tǒng)調(diào)用號，通過swi0x0來陷入內(nèi)核。否則，通過swi指令的24位立即數(shù)參數(shù)來傳遞系統(tǒng)調(diào)用號。后面還會有內(nèi)核中關(guān)于這個問題的更詳細的說明。
同時這兩種調(diào)用方式的系統(tǒng)調(diào)用號也是存在這區(qū)別的，在內(nèi)核的文件arch/arm/inclue/asm/unistd.h中可以看到：
#define __NR_OABI_SYSCALL_BASE0x900000
#if defined(__thumb__) || defined(__ARM_EABI__)
#define __NR_SYSCALL_BASE0
#else
#define __NR_SYSCALL_BASE__NR_OABI_SYSCALL_BASE
#endif
/*
* This file contains the system call numbers.
*/
#define __NR_restart_syscall(__NR_SYSCALL_BASE+0)
#define __NR_exit(__NR_SYSCALL_BASE+1)
#define __NR_fork(__NR_SYSCALL_BASE+2)
#define __NR_read(__NR_SYSCALL_BASE+3)
#define __NR_write(__NR_SYSCALL_BASE+4)
#define __NR_open(__NR_SYSCALL_BASE+5)
……
接下來來看操作系統(tǒng)對系統(tǒng)調(diào)用的處理。我們回到ARM Linux的異常向量表，因為當(dāng)執(zhí)行swi時，會從異常向量表中取例程的地址從而跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的處理程序中。在文件arch/arm/kernel/entry-armv.S中我們看到SWI異常向量：
W(ldr)pc, .LCvswi + stubs_offset
而.LCvswi在同一個文件中定義為：
.LCvswi:
.wordvector_swi
也就是最終會執(zhí)行例程vector_swi來完成對系統(tǒng)調(diào)用的處理，接下來我們來看下在arch/arm/kernel/entry-common.S中定義的vector_swi例程(刪去一些和我們的示例平臺無關(guān)的代碼)：
.align5
ENTRY(vector_swi)
subsp, sp, #S_FRAME_SIZE
stmiasp, {r0 - r12}@ Calling r0 - r12
ARM(addr8, sp, #S_PC)
ARM(stmdbr8, {sp, lr}^)@ Calling sp, lr
mrsr8, spsr@ called from non-FIQ mode, so ok.
strlr, [sp, #S_PC]@ Save calling PC
strr8, [sp, #S_PSR]@ Save CPSR
strr0, [sp, #S_OLD_R0]@ Save OLD_R0
zero_fp
/* Get the system call number. */
#if defined(CONFIG_OABI_COMPAT)
/*
* If we have CONFIG_OABI_COMPAT then we need to look at the swi
* value to determine if it is an EABI or an old ABI call.
*/
ldrr10, [lr, #-4]@ get SWI instruction
#ifdef CONFIG_CPU_ENDIAN_BE8
//rev指令的功能是反轉(zhuǎn)字中的字節(jié)序
revr10, r10@ little endian instruction
#endif
#elif defined(CONFIG_AEABI)
…
#else
/* Legacy ABI only. */
ldrscno, [lr, #-4]@ get SWI instruction
#endif
#ifdef CONFIG_ALIGNMENT_TRAP
ldrip, __cr_alignment
ldrip, [ip]
mcrp15, 0, ip, c1, c0@ update control register
#endif
enable_irq
// tsk是寄存器r9的別名，在arch/arm/kernel/entry-header.S中定義：// tsk.reqr9@ current thread_info
//獲得線程對象的基地址。
get_thread_info tsk
// tbl是r8寄存器的別名，在arch/arm/kernel/entry-header.S中定義：
// tbl.reqr8@ syscall table pointer，
//用來存放系統(tǒng)調(diào)用表的指針，系統(tǒng)調(diào)用表在后面調(diào)用
adrtbl, sys_call_table@ load syscall table pointer
ldrip, [tsk, #TI_FLAGS]@ check for syscall tracing
#if defined(CONFIG_OABI_COMPAT)
/*
* If the swi argument is zero, this is an EABI call and we do nothing.
*
* If this is an old ABI call, get the syscall number into scno and
* get the old ABI syscall table address.
*/
bicsr10, r10, #0xff000000
eornescno, r10, #__NR_OABI_SYSCALL_BASE
ldrnetbl, =sys_oabi_call_table
#elif !defined(CONFIG_AEABI)
// scno是寄存器r7的別名
bicscno, scno, #0xff000000@ mask off SWI op-code
eorscno, scno, #__NR_SYSCALL_BASE@ check OS number
#endif
stmdbsp!, {r4, r5}@ push fifth and sixth args
tstip, #_TIF_SYSCALL_TRACE@ are we tracing syscalls?
bne__sys_trace
cmpscno, #NR_syscalls@ check upper syscall limit
adrlr, BSYM(ret_fast_syscall)@ return address
ldrccpc, [tbl, scno, lsl #2]@ call sys_* routine
addr1, sp, #S_OFF
// why也是r8寄存器的別名
2:movwhy, #0@ no longer a real syscall
cmpscno, #(__ARM_NR_BASE - __NR_SYSCALL_BASE)
eorr0, scno, #__NR_SYSCALL_BASE@ put OS number back
bcsarm_syscall
bsys_ni_syscall@ not private func
ENDPROC(vector_swi)
上面的zero_fp是一個宏，在arch/arm/kernel/entry-header.S中定義：
.macrozero_fp
#ifdef CONFIG_FRAME_POINTER
movfp, #0
#endif
.endm
而fp位寄存器r11。
像每一個異常處理程序一樣，要做的第一件事當(dāng)然就是保護現(xiàn)場了。緊接著是獲得系統(tǒng)調(diào)用的系統(tǒng)調(diào)用號。然后以系統(tǒng)調(diào)用號作為索引來查找系統(tǒng)調(diào)用表，如果系統(tǒng)調(diào)用號正常的話，就會調(diào)用相應(yīng)的處理例程來處理，就是上面的那個ldrccpc, [tbl, scno, lsl #2]語句，然后通過例程ret_fast_syscall來返回。
在這個地方我們接著來討論ABI的問題。現(xiàn)在，我們首先來看兩個宏，一個是CONFIG_OABI_COMPAT意思是說與old ABI兼容，另一個是CONFIG_AEABI意思是說指定現(xiàn)在的方式為EABI。這兩個宏可以同時配置，也可以都不配，也可以配置任何一種。我們來看一下內(nèi)核是怎么處理這一問題的。我們知道，sys_call_table在內(nèi)核中是個跳轉(zhuǎn)表，這個表中存儲的是一系列的函數(shù)指針，這些指針就是系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)的指針，如(sys_open)。內(nèi)核是根據(jù)一個系統(tǒng)調(diào)用號(對于EABI來說為系統(tǒng)調(diào)用表的索引)找到實際該調(diào)用內(nèi)核哪個函數(shù)，然后通過運行該函數(shù)完成系統(tǒng)調(diào)用的。
首先，對于old ABI，內(nèi)核給出的處理是為它建立一個單獨的system call table,叫sys_oabi_call_table。這樣，兼容方式下就會有兩個system call table,以old ABI方式的系統(tǒng)調(diào)用會執(zhí)行old_syscall_table表中的系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)，EABI方式的系統(tǒng)調(diào)用會用sys_call_table中的函數(shù)指針。配置無外乎以下4中：第一、兩個宏都配置行為就是上面說的那樣。第二、只配置CONFIG_OABI_COMPAT，那么以old ABI方式調(diào)用的會用sys_oabi_call_table，以EABI方式調(diào)用的用sys_call_table，和1實質(zhì)上是相同的。只是情況1更加明確。第三、只配置CONFIG_AEABI系統(tǒng)中不存在sys_oabi_call_table，對old ABI方式調(diào)用不兼容。只能 以EABI方式調(diào)用，用sys_call_table。
第四、兩個都沒有配置，系統(tǒng)默認會只允許old ABI方式，但是不存在old_syscall_table，最終會通過sys_call_table完成函數(shù)調(diào)用
系統(tǒng)會根據(jù)ABI的不同而將相應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用表的基地址加載進tbl寄存器，也就是r8寄存器。接下來來看系統(tǒng)調(diào)用表，如前面所說的那樣，有兩個，同樣都在文件arch/arm/kernel/entry-armv.S中：
#define ABI(native, compat) native
#ifdef CONFIG_AEABI
#define OBSOLETE(syscall) sys_ni_syscall
#else
#define OBSOLETE(syscall) syscall
#endif
.typesys_call_table, #object
ENTRY(sys_call_table)
#include "calls.S"
#undef ABI
#undef OBSOLETE
另外一個為：
#define ABI(native, compat) compat
#define OBSOLETE(syscall) syscall
.typesys_oabi_call_table, #object
ENTRY(sys_oabi_call_table)
#include "calls.S"
#undef ABI
#undef OBSOLETE
這樣看來貌似兩個系統(tǒng)調(diào)用表是完全一樣的。這里預(yù)處理指令include的獨特用法也挺有意思，系統(tǒng)調(diào)用表的內(nèi)容就是整個arch/arm/kernel/calls.S文件的內(nèi)容(由于太長，這里就不全部列出了)：
/* 0 */CALL(sys_restart_syscall)
CALL(sys_exit)
CALL(sys_fork_wrapper)
CALL(sys_read)
CALL(sys_write)
/* 5 */CALL(sys_open)
CALL(sys_close)
……
上面的CALL()是個宏，它同樣在文件arch/arm/kernel/entry-armv.S中定義：
#define CALL(x) .equ NR_syscalls,NR_syscalls+1
#include "calls.S"
#undef CALL
#define CALL(x) .long x
在定義宏CALL()的地方，我們看到calls.S已經(jīng)被包含了一次，只不過在這里，不是為了建立系統(tǒng)調(diào)用表，而僅僅是為了獲得系統(tǒng)的系統(tǒng)調(diào)用的數(shù)量，并保存在宏NR_syscalls中。在SWI向量中，我們也看到，是使用了這個宏的。
最后再羅嗦一點，如果用sys_open來搜的話，是搜不到系統(tǒng)調(diào)用open的定義的，系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)都是用宏來定義的，比如對于open，有這樣的定義：
---------------------------------------------------------------------
fs/open.c
1066 SYSCALL_DEFINE3(open, const char __user *, filename, int, flags, int, mode)
1067 {
1068long ret;
1069
1070if (force_o_largefile())
1071flags |= O_LARGEFILE;
1072
1073ret = do_sys_open(AT_FDCWD, filename, flags, mode);
1074/* avoid REGPARM breakage on x86: */
1075asmlinkage_protect(3, ret, filename, flags, mode);
1076return ret;
1077 }
---------------------------------------------------------------------
繼續(xù)回到vector_swi，如果系統(tǒng)調(diào)用號不正確，則會調(diào)用arm_syscall函數(shù)來進行處理，這個函數(shù)定義如下：
---------------------------------------------------------------------
arch/arm/kernel/traps.c
465 #define NR(x) ((__ARM_NR_##x) - __ARM_NR_BASE)
466 asmlinkage int arm_syscall(int no, struct pt_regs *regs)
467 {
468struct thread_info *thread = current_thread_info();
469siginfo_t info;
470
471if ((no >> 16) != (__ARM_NR_BASE>> 16))
472return bad_syscall(no, regs);
473
474switch (no & 0xffff) {
475case 0: /* branch through 0 */
476info.si_signo = SIGSEGV;
477info.si_errno = 0;
478info.si_code= SEGV_MAPERR;
479info.si_addr= NULL;
480
481arm_notify_die("branch through zero", regs, &info, 0, 0);
482return 0;
483
484case NR(breakpoint): /* SWI BREAK_POINT */
485regs->ARM_pc -= thumb_mode(regs) ? 2 : 4;
486ptrace_break(current, regs);
487return regs->ARM_r0;
488
489/*
490* Flush a region from virtual address 'r0' to virtual address 'r1'
491 * _exclusive_.There is no alignment requirement on either address;
492* user space does not need to know the hardware cache layout.
493*
494* r2 contains flags.It should ALWAYS be passed as ZERO until it
495* is defined to be something else.For now we ignore it, but may
496* the fires of hell burn in your belly if you break this rule. ;)
497*
498* (at a later date, we may want to allow this call to not flush
499* various aspects of the cache.Passing '' will guarantee that
500* everything necessary gets flushed to maintain consistency in
501* the specified region).
502*/
503case NR(cacheflush):
504do_cache_op(regs->ARM_r0, regs->ARM_r1, regs->ARM_r2);
505return 0;
506
507case NR(usr26):
508if (!(elf_hwcap & HWCAP_26BIT))
509break;
510regs->ARM_cpsr &= ~MODE32_BIT;
511return regs->ARM_r0;
512
513case NR(usr32):
514if (!(elf_hwcap & HWCAP_26BIT))
515break;
516regs->ARM_cpsr |= MODE32_BIT;
517return regs->ARM_r0;
518
519case NR(set_tls):
520thread->tp_value = regs->ARM_r0;
521 #if defined(CONFIG_HAS_TLS_REG)
522asm ("mcr p15, 0, %0, c13, c0, 3" : : "r" (regs->ARM_r0) );
523 #elif !defined(CONFIG_TLS_REG_EMUL)
524/*
525* User space must never try to access this directly.
526* Expect your app to break eventually if you do so.
527* The user helper at 0xffff0fe0 must be used instead.
528* (see entry-armv.S for details)
529*/
530*((unsigned int *)0xffff0ff0) = regs->ARM_r0;
531 #endif
532return 0;
533
534 #ifdef CONFIG_NEEDS_SYSCALL_FOR_CMPXCHG
535/*
536* Atomically store r1 in *r2 if *r2 is equal to r0 for user space.
537* Return zero in r0 if *MEM was changed or non-zero if no exchange
538* happened.Also set the user C flag accordingly.
539* If access permissions have to be fixed up then non-zero is
540* returned and the operation has to be re-attempted.
541*
542* *NOTE*: This is a ghost syscall private to the kernel.Only the
543* __kuser_cmpxchg code in entry-armv.S should be aware of its
544* existence.Don't ever use this from user code.
545*/
546case NR(cmpxchg):
547for (;;) {
548extern void do_DataAbort(unsigned long addr, unsigned int fsr,
549struct pt_regs *regs);
550unsigned long val;
551unsigned long addr = regs->ARM_r2;
552struct mm_struct *mm = current->mm;
553pgd_t *pgd; pmd_t *pmd; pte_t *pte;
554spinlock_t *ptl;
555
556regs->ARM_cpsr &= ~PSR_C_BIT;
557down_read(&mm->mmap_sem);
558pgd = pgd_offset(mm, addr);
559if (!pgd_present(*pgd))
560goto bad_access;
561pmd = pmd_offset(pgd, addr);
562if (!pmd_present(*pmd))
563goto bad_access;
564pte = pte_offset_map_lock(mm, pmd, addr, &ptl);
565if (!pte_present(*pte) || !pte_dirty(*pte)) {
566pte_unmap_unlock(pte, ptl);
567goto bad_access;
568}
569val = *(unsigned long *)addr;
570val -= regs->ARM_r0;
571if (val == 0) {
572*(unsigned long *)addr = regs->ARM_r1;
573regs->ARM_cpsr |= PSR_C_BIT;
574}
575pte_unmap_unlock(pte, ptl);
576up_read(&mm->mmap_sem);
577return val;
578
579bad_access:
580up_read(&mm->mmap_sem);
581/* simulate a write access fault */
582do_DataAbort(addr, 15 + (1 << 11), regs);
583}
584 #endif
585
586default:
587/* Calls 9f00xx..9f07ff are defined to return -ENOSYS
588if not implemented, rather than raising SIGILL.This
589way the calling program can gracefully determine whether
590afeature is supported.*/
591if ((no & 0xffff) <= 0x7ff)
592return -ENOSYS;
593break;
594}
595 #ifdef CONFIG_DEBUG_USER
596/*
597* experience shows that these seem to indicate that
598* something catastrophic has happened
599*/
600if (user_debug & UDBG_SYSCALL) {
601printk("[%d] %s: arm syscall %d\n",
602task_pid_nr(current), current->comm, no);
603dump_instr("", regs);
604if (user_mode(regs)) {
605__show_regs(regs);
606c_backtrace(regs->ARM_fp, processor_mode(regs));
607}
608}
609 #endif
610info.si_signo = SIGILL;
611info.si_errno = 0;
612info.si_code = ILL_ILLTRP;
613info.si_addr= (void __user *)instruction_pointer(regs) -
614(thumb_mode(regs) ? 2 : 4);
615
616arm_notify_die("Oops - bad syscall(2)", regs, &info, no, 0);
617return 0;
618 }
---------------------------------------------------------------------
這個函數(shù)處理所有的辨別不出來的系統(tǒng)調(diào)用。系統(tǒng)調(diào)用號正確也好不正確也好，最終都是通過ret_fast_syscall例程來返回，因為我們看到，在進入系統(tǒng)調(diào)用處理函數(shù)之前，先加載了符號ret_fast_syscall進lr寄存器。ret_fast_syscall定義如下：
---------------------------------------------------------------------
arch/arm/kernel/entry-common.S
ret_fast_syscall:
UNWIND(.fnstart)
UNWIND(.cantunwind)
disable_irq@ disable interrupts
ldrr1, [tsk, #TI_FLAGS]
tstr1, #_TIF_WORK_MASK
bnefast_work_pending
/* perform architecture specific actions before user return */
arch_ret_to_user r1, lr
restore_user_regs fast = 1, offset = S_OFF
UNWIND(.fnend)
fast_work_pending:
strr0, [sp, #S_R0+S_OFF]!@ returned r0
work_pending:
tstr1, #_TIF_NEED_RESCHED
bnework_resched
tstr1, #_TIF_SIGPENDING|_TIF_NOTIFY_RESUME
beqno_work_pending
movr0, sp@ 'regs'
movr2, why@ 'syscall'
bldo_notify_resume
bret_slow_syscall@ Check work again
work_resched:
blschedule
/*
* "slow" syscall return path."why" tells us if this was a real syscall.
*/
ENTRY(ret_to_user)
ret_slow_syscall:
disable_irq@ disable interrupts
ldrr1, [tsk, #TI_FLAGS]
tstr1, #_TIF_WORK_MASK
bnework_pending
no_work_pending:
/* perform architecture specific actions before user return */
arch_ret_to_user r1, lr
restore_user_regs fast = 0, offset = 0
ENDPROC(ret_to_user)
---------------------------------------------------------------------
對于我們的平臺來說，上面的arch_ret_to_user為空。restore_user_regs宏用于恢復(fù)現(xiàn)場并返回，restore_user_regs宏定義如下：
---------------------------------------------------------------------
arch/arm/kernel/entry-header.S
.macrorestore_user_regs, fast = 0, offset = 0
ldrr1, [sp, #\offset + S_PSR]@ get calling cpsr
ldrlr, [sp, #\offset + S_PC]!@ get pc
msrspsr_cxsf, r1@ save in spsr_svc
#if defined(CONFIG_CPU_32v6K)
clrex@ clear the exclusive monitor
#elif defined (CONFIG_CPU_V6)
strexr1, r2, [sp]@ clear the exclusive monitor
#endif
.if\fast
ldmdbsp, {r1 - lr}^@ get calling r1 - lr
.else
ldmdbsp, {r0 - lr}^@ get calling r0 - lr
.endif
movr0, r0@ ARMv5T and earlier require a nop
@ after ldm {}^
addsp, sp, #S_FRAME_SIZE - S_PC
movspc, lr@ return & move spsr_svc into cpsr
.endm
---------------------------------------------------------------------
添加新的系統(tǒng)調(diào)用
第一、打開arch/arm/kernel/calls.S，在最后添加系統(tǒng)調(diào)用的函數(shù)原型的指針，例如：
CALL(sys_set_senda)
補充說明一點關(guān)于NR_syscalls的東西，這個常量表示系統(tǒng)調(diào)用的總的個數(shù)，在較新版本的內(nèi)核中，文件arch/arm/kernel/entry-common.S中可以找到：
.equ NR_syscalls,0
#define CALL(x) .equ NR_syscalls,NR_syscalls+1
#include "calls.S"
#undef CALL
#define CALL(x) .long x
相當(dāng)?shù)那擅?#xff0c;不是嗎？在系統(tǒng)調(diào)用表中每添加一個系統(tǒng)調(diào)用，NR_syscalls就自動增加一。在這個地方先求出NR_syscalls，然后重新定義CALL(x)宏，這樣也可以不影響文件后面系統(tǒng)調(diào)用表的建立。
第二、打開include/asm-arm/unistd.h,添加系統(tǒng)調(diào)用號的宏，感覺這步可以省略，因為這個地方定義的系統(tǒng)調(diào)用號主要是個C庫，比如uClibc、Glibc用的。例如:
#define __NR_plan_set_senda???????????? (__NR_SYSCALL_BASE+365)
為了向后兼容，系統(tǒng)調(diào)用只能增加而不能減少，這里的編號添加時，也必須按順序來。否則會導(dǎo)致核心運行錯誤。
第三，實例化該系統(tǒng)調(diào)用，即編寫新添加系統(tǒng)調(diào)用的實現(xiàn)例如：
SYSCALL_DEFINE1(set_senda, int，iset)
{
if(iset)
UART_PUT_CR(&at91_port[2],AT91C_US_SENDA);
else
UART_PUT_CR(&at91_port[2],AT91C_US_RSTSTA);
return 0;
}
第四、打開include/linux/syscalls.h添加函數(shù)聲明
asmlinkage long sys_set_senda(int iset);
第五、在應(yīng)用程序中調(diào)用該系統(tǒng)調(diào)用，可以參考uClibc的實現(xiàn)。
第六、結(jié)束。
參考文檔：
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的linux系统调用的封装格式,ARM Linux系统调用的原理的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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