实验六 GPIO关机

virt机器为我们提供了GPIO来实现关机功能。

virt机器关机原理

查看virt.dts，可以发现：

gpio-keys {
        #address-cells = <0x01>;
        #size-cells = <0x00>;
        compatible = "gpio-keys";

        poweroff {
                gpios = <0x8003 0x03 0x00>;
                linux,code = <0x74>;
                label = "GPIO Key Poweroff";
        };
};

pl061@9030000 {
        phandle = <0x8003>;
        clock-names = "apb_pclk";
        clocks = <0x8000>;
        interrupts = <0x00 0x07 0x04>;
        gpio-controller;
        #gpio-cells = <0x02>;
        compatible = "arm,pl061\0arm,primecell";
        reg = <0x00 0x9030000 0x00 0x1000>;
};

其中 gpio-keys 中定义了一个 poweroff 键，其 gpios = <0x8003 0x03 0x00> 中的第一项 0x8003 表示它的 phandle 是 0x8003，即 pl061@9030000，也即 gpio-keys 是设备 pl061 的组成部分，第二项 0x03 表示该键是 pl061 的第三根 GPIO 线，第三项是flag [1] [2]，且 pl061 的寄存器映射到了内存 0x9030000 开始的位置（pl061的技术参考手册访问这里）。如下图所示。

实现关机

新建 pl061.rs，仿照实验五输入通过 tock-registers 描述寄存器。

在 main.rs 中引入新建的模块。

mod pl061;

在 interrupts.rs 的 init_gicv2 函数中初始化 pl061 的 GPIO 中断

const GPIO_IRQ: u32 = 39; // virt.dts interrupts = <0x00 0x07 0x04>; 32 + 0x07 = 39

pub fn init_gicv2() {
    // ...

    // 初始化GPIO中断
    set_config(GPIO_IRQ, ICFGR_LEVEL); //电平触发
    set_priority(GPIO_IRQ, 0); //优先级设定
    // set_core(TIMER_IRQ, 0x1); // 单核实现无需设置中断目标核
    clear(GPIO_IRQ); //清除中断请求
    enable(GPIO_IRQ); //使能中断

    // 使能GPIO的poweroff key中断
    use crate::pl061::*;
    unsafe{
        let pl061r: &PL061Regs = &*PL061REGS;

        // 启用pl061 gpio中的3号线中断
        pl061r.ie.write(GPIOIE::IO3::Enabled);
    }

    // ...
}

对 pl061 3号 GPIO 线引发的中断进行处理

fn handle_gpio_irq(_ctx: &mut ExceptionCtx){
    use crate::pl061::*;
    crate::println!("power off!\n");
    unsafe {
        let pl061r: &PL061Regs = &*PL061REGS;

        // 清除中断信号
        pl061r.ic.set(pl061r.ie.get());
        // 关机
        asm!("mov w0, #0x18");
        asm!("hlt #0xF000");
    }
}

fn handle_irq_lines(ctx: &mut ExceptionCtx, _core_num: u32, irq_num: u32) {
    if irq_num == TIMER_IRQ {
        handle_timer_irq(ctx);
    }else if irq_num == UART0_IRQ {
        handle_uart0_rx_irq(ctx);
    }else if irq_num == GPIO_IRQ {
        handle_gpio_irq(ctx);
    }
    else{
        catch(ctx, EL1_IRQ);
    }
}

备注

在 handle_gpio_irq 里通过内联汇编执行了指令 hlt #0xF000，这用到了 Arm 的 Semihosting 功能，可以参考这里或者这里。

Semihosting 的作用：Semihosting 能够让 bare-metal 的 ARM 设备通过拦截指定的 SVC 指令，在连操作系统都没有的环境中实现 POSIX 中的许多标准函数，比如 printf、scanf、open、read、write 等等。这些 IO 操作将被 Semihosting 协议转发到 Host 主机上，然后由主机代为执行。

执行关机

为了启用 semihosting 功能，在QEMU执行时需要加入 -semihosting 参数

qemu-system-aarch64 -machine virt,gic-version=2 -cpu cortex-a57 -nographic -kernel target/aarch64-unknown-none-softfloat/debug/rui_armv8_os -semihosting -S -s

在系统执行过程中，在窗口按键 ctrl + a, c，后输入 system_powerdown 关机。

提示

在 QEMU 执行时可以通过在窗口按键 ctrl + a, c 进入 QEMU Monitor ，在 QEMU Monitor 中键入 help 来获取帮助，或者参考这里 [3] 。