ARM的異常中斷機(jī)制

在我們平時(shí)使用計(jì)算機(jī)時(shí)我們敲擊鍵盤,計(jì)算機(jī)會(huì)對(duì)我做出響應(yīng)。這是什么原因呢?處理器又是如何響應(yīng)外圍請(qǐng)求的呢?其實(shí)這都是通過處理器的中斷機(jī)制實(shí)現(xiàn)的。ARM又是怎樣的中斷機(jī)制?讓我們一起探討吧!

在ARM處理器里主要是通過3中情況在控制程序執(zhí)行的:
1.流水方式執(zhí)行程序,PC的值是下一條指令的地址，即每執(zhí)行一條指令PC都加一個(gè)字的偏移。
2.通過跳轉(zhuǎn)指令來控制程序執(zhí)行。
B 跳轉(zhuǎn)到指定的指令處執(zhí)行。
BL 跳轉(zhuǎn)執(zhí)行，保存子程序地址并返回。
BX 跳轉(zhuǎn)執(zhí)行并切換到Thumb狀態(tài)。
BLX 三種方式組合。
3.通過異常中斷機(jī)制控制程序執(zhí)行。
當(dāng)異常中斷發(fā)生時(shí),系統(tǒng)執(zhí)行完當(dāng)前指令后,將跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的異常中斷處理程序處執(zhí)行。在進(jìn)入異常中斷處理程序執(zhí)行完時(shí),程序返回到發(fā)生到產(chǎn)生中斷指令的下一條指令處執(zhí)行。在進(jìn)入異常中斷處理程序時(shí),要保存被中斷的程序的執(zhí)行現(xiàn)場(chǎng),從異常中斷處理程序退出時(shí),要恢復(fù)被中斷的程序的執(zhí)行現(xiàn)場(chǎng)。
在實(shí)際情況中ARM處理器在控制程序執(zhí)行時(shí)往往是以上3種方式結(jié)合執(zhí)行的。

ARM有以下幾種異常中斷種類：

異常中斷名稱含義Reset復(fù)位中斷,
當(dāng)處理器復(fù)位引腳有效時(shí),如系統(tǒng)產(chǎn)生復(fù)位中斷則跳轉(zhuǎn)至復(fù)位中斷異常處理程序處執(zhí)行。
有兩種情況:
系統(tǒng)加電,
系統(tǒng)復(fù)位Undefined instruction當(dāng)ARM處理器認(rèn)為當(dāng)前指令未定義時(shí),產(chǎn)生未定義的指令異常中斷。Software interrupt軟中斷,這是有用戶定義的中斷指令?？捎糜谟脩裟Ｊ较碌某绦蛘{(diào)用的特權(quán)操作指令,在RTOS中可以通過該機(jī)制實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能調(diào)用。Prefech Abort指令預(yù)取中止,預(yù)讀指令地址不存在或不能訪問則產(chǎn)生該中斷。Data Abotr數(shù)據(jù)訪問中止,數(shù)據(jù)訪問指令地址不存在或不能訪問則產(chǎn)生該中斷。IRQ外部中斷請(qǐng)求,當(dāng)處理器外部引腳有效時(shí),且CPSR的寄存器I被清除時(shí),產(chǎn)生該中斷,并調(diào)用中斷服務(wù)子程序。FIQ快速中斷請(qǐng)求,當(dāng)處理器快速外部引腳有效時(shí),且CPSR的寄存器F被清除時(shí),產(chǎn)生該中斷,并調(diào)用中斷服務(wù)子程序。

呵呵,讓我們來看看ARM的異常中斷響應(yīng)過程吧!
1.保存處理器當(dāng)前狀態(tài)、中斷屏蔽位及各條件標(biāo)志位。怎樣保存呢?
ARM的6種模式下都有自己的SPSR，它就是通過把當(dāng)前的CPSR保存到將要執(zhí)行異常中斷的SPSR_mode實(shí)現(xiàn)的。
2.設(shè)置當(dāng)前的CPSR的相應(yīng)的標(biāo)志位。
設(shè)置M、I、F等控制位。
3.將lr_mode設(shè)成返回地址。
4.將PC指向中斷向量表的地址，跳轉(zhuǎn)到對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)程序處執(zhí)行。
5.恢復(fù)被中斷處理的處理器狀態(tài)。(將SPSR_mode復(fù)制到CPSR)
6.返回到發(fā)生異常中斷的下一條指令處執(zhí)行。(即PC = lr_mode)

用偽代碼描述如下:
lr_mode = pc
spsr_mode = cpsr
cpsr[4:0] = exception mode
if == Reset or FIQ then
cpsr[6] = 1
cpsr[7] = 1
pc = exception mode vector address
cpsr = spsr_mode
pc = lr_mode