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[導(dǎo)讀]關(guān)于ARM核異常與中斷處理機制研究

一.ARM處理器異常及其對應(yīng)的模式

  當(dāng)一個異常發(fā)生時,ARM處理器總是切換到ARM狀態(tài)(即非Thumb狀態(tài))。Thumb指令集沒有包含進行異常處理時需要的一些指令,因此在異常中斷時,還是要使用ARM指令。

  

 

  每種異常都導(dǎo)致內(nèi)核進入一種特定的模式。此外,可以通過修改cpsr,進入任何ARM處理器模式。用戶和系統(tǒng)模式是僅有的可不通過相應(yīng)異常進入的2中模式。

  當(dāng)一個異常導(dǎo)致模式的改變時,內(nèi)核自動的:

  把cpsr保存到相應(yīng)異常模式下的spsr

  把pc保存到相應(yīng)模式下的lr

  設(shè)置cpsr為相應(yīng)異常模式

  設(shè)置pc為相應(yīng)異常處理程序的入口地址

  二.向量表

  異常發(fā)生時,ARM跳轉(zhuǎn)地址組成的表。

  

 

  三.異常優(yōu)先級

  復(fù)位異常是優(yōu)先級最高的異常,一旦復(fù)位異常產(chǎn)生,總是會發(fā)生復(fù)位異常。注意:當(dāng)一條不屬于ARM或Thumb指令集的指令到達流水線的執(zhí)行階段時,若此時沒有其它異常發(fā)生,就會產(chǎn)生未定義指令異常。ARM處理器會“詢問”協(xié)處理器,看它能否將其作為一條協(xié)處理器指令來處理。由于協(xié)處理器在流水線之后,所以指令確認(rèn)可以在內(nèi)核的執(zhí)行階段進行。如果這條指令不屬于任何一個協(xié)處理器,則會產(chǎn)生未定義指令異常。

  

 

  四.中斷

  中斷延時是指:從外部請求信號發(fā)出到取出對應(yīng)的中斷服務(wù)程序(ISR)的第一條指令,這期間的間隔時間。

  

 

  五.中斷源及其識別方法

  S3C2440A有60個中斷源,IRQ有兩種中斷識別方法:向量中斷和非向量中斷。FIQ只有非向量中斷。在IRQ各個中斷源中的某一個中斷源的中斷請求被響應(yīng)時,CPU轉(zhuǎn)至0x18處自動加載一條轉(zhuǎn)移指令轉(zhuǎn)至相應(yīng)中斷源的固定中斷向量處。IRQ各個中斷源的向量地址是固定的,每個占用一個字單元。IRQ各個中斷源若采用非向量中斷,任意一個中斷源發(fā)出中斷請求,都認(rèn)為發(fā)生了IRQ中斷請求,并自動轉(zhuǎn)入IRQ中斷服務(wù)程序執(zhí)行。IRQ中斷服務(wù)程序主要功能是將軟件設(shè)定的中斷向量表中相應(yīng)的中斷源服務(wù)程序入口地址送給PC,并轉(zhuǎn)其執(zhí)行。在非向量中斷模式下,一般在IRQ處放置一條轉(zhuǎn)移指令:B IsrIRQ 。其中,IsrIRQ為所有IRQ中斷服務(wù)程序的總?cè)肟诘刂?,也是非向量中斷模式的中斷源判別及散轉(zhuǎn)程序。

  

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六.中斷堆棧設(shè)計

 

  在堆棧設(shè)計時,須確定2點:

  位置

  決定了在存儲器映射中,堆棧從何處開始。大多數(shù)基于ARM系統(tǒng)設(shè)計的堆棧是采用向下遞減式的,棧頂位于存儲器的高端地址。

  堆棧大小

  依賴于處理程序的類型-嵌套的還是非嵌套的。一個嵌套中斷處理程序需要更多的存儲器空間,因為堆棧將隨中斷嵌套的深度而增加。

  

 

  第一種方式A,說明了一個傳統(tǒng)的堆棧安排,中斷的堆棧位于代碼段之下。第二種方式B,中斷堆棧在用戶堆棧之上,位于存儲器的頂端。B優(yōu)于A之處是,B在堆棧溢出時不會破壞向量表,因此系統(tǒng)在確認(rèn)堆棧溢出后,還有機會糾正自己的錯誤。每一種處理器模式都要建立一個堆棧,這是在處理器每次復(fù)位時完成的。因為系統(tǒng)復(fù)位是從管理模式開始的,所以不用再切換到管理模式,而其他模式堆棧的建立要切換到相應(yīng)模式。用于模式堆棧-通常是最后設(shè)置的,因為當(dāng)處理器處于用戶模式時,沒有直接修改cpsr的方法。由于系統(tǒng)模式和用戶模式共享寄存器,所以可以強制處理器進入系統(tǒng)模式來設(shè)置用戶模式堆棧。

  七.中斷處理方法

  1)非嵌套中斷處理

  最簡單的中斷處理是非嵌套的:只有當(dāng)控制權(quán)回到被中斷的任務(wù)或過程時,才允許再次相應(yīng)中斷。由于一個非嵌套的中斷處理程序在一個時段內(nèi)只能為一個中斷處理程序服務(wù),所以這種形式的中斷處理程序不適合需要為多個不同優(yōu)先級中斷服務(wù)的復(fù)雜嵌入式系統(tǒng)。

  

 

  2)嵌套中斷處理

  在處理程序完成當(dāng)前中斷的服務(wù)前重新允許中斷,可以實現(xiàn)中斷嵌套。嵌套的中斷處理程序入口代碼與簡單的非嵌套中斷處理程序類似。不同之處在于,在推出時,處理程序要測試被ISR更新過的一個標(biāo)志。這個標(biāo)志表明,是否需要做進一步的處理,如果不要求更多的處理,那么這個中斷服務(wù)例程就完成了,處理程序也可以退出;如果需要進一步處理,處理程序可能要采取若干措施:重新允許中斷,并/或執(zhí)行一次上下文切換。重新允許中斷包括把IRQ模式切換到SVC或系統(tǒng)模式。在IRQ模式下,不能簡單的允許中斷,因為這可能會導(dǎo)致鏈接寄存器r14_irq遭到破壞,特別是在執(zhí)行完BL后即發(fā)生一次中斷。執(zhí)行上下文切換包括復(fù)位(清空)IRQ堆棧,因為當(dāng)IRQ堆棧中還有數(shù)據(jù)的時,處理程序不會執(zhí)行上下文切換。所有保存在IRQ堆棧的寄存器必須轉(zhuǎn)移到任務(wù)堆棧,典型地是放在管理模式堆棧上。然后,其余的寄存器也必須被保存到任務(wù)堆棧。在那里,他們會被轉(zhuǎn)移到堆棧中一個稱為堆棧幀的保留存儲塊上。

  

 

  如下恢復(fù)現(xiàn)場的指令:

  LDMFD R13!,(R0~R3,PC)^

  這里,寄存器列表后(其中必須包括PC)的后面的“^”表示這是一條特殊形式的指令。在從存儲器裝入PC的同時,CPSR也得到恢復(fù)。

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