인터럽트 및 MMIO (std::interrupt)

std/interrupt/는 인터럽트 처리 중 소프트웨어가 관리하는 부분 — 벡터 테이블, ISR 등록/디스패치, MMIO 레지스터 접근, 비트필드 조작, 클럭 설정 — 을 다루며, std::hal의 주변장치 드라이버를 보완한다. 모두 프리스탠딩 환경에서 안전하다.

#include <std/interrupt/mmio.h>
#include <std/interrupt/bitfield.h>

void configure_uart(void* uart_base) {
    struct MmioReg ctrl = std::mmio_reg(uart_base);
    unsigned int baud_field = ctrl.read_field(0, 15);
    ctrl.write_field(0, 15, baud_field | 1u);

    unsigned int combined = std::bf_insert32(0, 4, 7, 0xA);
}

MMIO (interrupt/mmio.h)

동일한 연산을 두 가지 방식으로 동등하게 제공한다: 한 레지스터에 대해 여러 접근을 묶을 때 쓰는 MmioReg 구조체(mmio_reg(addr)로 생성한 뒤 메서드 호출)와, 일회성 접근을 위한 자유 함수.

MmioReg 메서드	대응하는 자유 함수
read32() / 없음(쓰기 전용 자유 함수)	mmio_read32(addr) / mmio_write32(addr, val)
—	mmio_read16/mmio_write16, mmio_read8/mmio_write8
set_bits(mask) / clear_bits(mask)	mmio_set_bits32(addr, mask) / mmio_clear_bits32(addr, mask)
read_field(lo, hi) / write_field(lo, hi, val)	mmio_read_field32(addr, lo, hi) / mmio_write_field32(addr, lo, hi, val)

비트필드 헬퍼 (interrupt/bitfield.h)

레지스터 비트 조작을 위한 순수 함수들 — bf_extract32(val, lo, hi), bf_insert32(val, lo, hi, field), bf_set32/bf_clear32/bf_toggle32 (비트 [hi:lo] 대상), bf_test32(val, n)(단일 비트 검사), bf_mask32(lo, hi)(레지스터 접근 없이 마스크 생성), bf_popcount32(val).

ISR 벡터 테이블 (interrupt/isr.h)

아래의 하드웨어 벡터 테이블과는 별개인 소프트웨어 디스패치 테이블 — IsrTable은 최대 ISR_MAX(256)개의 핸들러 함수 포인터를 담는다:

struct IsrTable table = std::isr_init();
unsafe { table.register_(3, (void*)my_handler); }  // 끝의 밑줄: 'register'는 C 키워드이므로
...
if (table.dispatch(3)) { /* 핸들러가 실행됨 */ }

그 외에 irq_disable()/irq_enable()이 있으며, 이는 전역 인터럽트 활성화 플래그를 감싸는 플랫폼별 인라인 asm이다.

하드웨어 벡터 테이블 (interrupt/vector_table.h)

VectorTable(전역 인스턴스 vtable)은 CPU가 실제로 인식하는 벡터 테이블이다 — 이를 채우려면 install(index, handler)/remove(index)/ get(index)를, 특정 슬롯의 핸들러(또는 set_default()로 지정한 기본 핸들러)를 호출하려면 dispatch(index)를, CPU가 이 테이블을 가리키게 하려면 vtable_activate()를 사용한다:

대상	vtable_activate()가 하는 일
Cortex-M	SCB->VTOR에 기록
RISC-V	mtvec에 기록 (벡터 모드)
AArch64	VBAR_EL1에 기록

vtable_init()은 사용 전에 모든 슬롯을 vtable_default_handler(프로젝트별로 재정의하도록 만들어진, 약한 심벌(weak)의 무한 루프 폴트 핸들러)로 설정한다.

클럭 설정 (interrupt/clock.h)

ClockConfig(clock_init(base)로 생성) — set_source()(CLK_SRC_HSI/ CLK_SRC_HSE/CLK_SRC_PLL), configure_pll(mul, div), set_ahb_div/ set_apb1_div/set_apb2_div(버스 프리스케일러), get_freq().