ARM遇到异常时的处理事项

王浩然 · 发表于 2016-3-10 09:16:47

当ARM异常中断发生时，系统执行完当前指令后，将跳转到相应的异常中断处理程序处执行。当异常中断处理程序执行完成后，程序返回到发生中断指令的下条指令处执行。在进入异常中断处理程序时，要保存被中断程序的执行现场，从异常中断处理程序退出时，要恢复被中断程序的执行现场。
1、引起异常的原因       对于ARM核，可以且只能识别7种处理器异常，每种异常都对应一种ARM处理器模式，当发生异常时，ARM处理器就切换到相应的异常模式，并调用异常处理程序进行处理。
(1)、指令执行引起的异常    软件中断、未定义指令（包括所要求的协处理器不存在是的协处理器指令）、预取址中止（存储器故障）、数据中止。
(2)、外部产生的中断    复位、FIQ、IRQ。
2、ARM中异常中断的种类
(1)、复位（RESET)
a、当处理器复位引脚有效时，系统产生复位异常中断，程序跳转到复位异常中断处理程序处执行，包括系统加电和系统复位。
b、通过设置PC跳转到复位中断向量处执行称为软复位。
(2)、未定义的指令    当ARM处理器或者是系统中的协处理器认为当前指令未定义时，产生未定义的指令异常中断，可以通过改异常中断机制仿真浮点向量运算。
(3)、软件中断    这是一个由用户定义的中断指令(SWI)。可用于用户模式下的程序调用特权操作指令。在实时操作系统中可以通过该机制实现系统功能调用。
(4)、指令与取终止（Prefech Abort)    如果处理器预取的指令的地址不存在，或者该地址不允许当前指令访问，当被预取的指令执行时，处理器产生指令预取终止异常中断。
(5)、数据访问终止（DATAABORT）    如果数据访问指令的目标地址不存在，或者该地址不允许当前指令访问，处理器产生数据访问终止异常中断。
(6)、外部中断请求(IRQ)    当处理器的外部中断请求引脚有效，而且CPSR的寄存器的I控制位被清除时，处理器产生外部中断请求异常中断。系统中个外设通过该异常中断请求处理服务。
(7)、快速中断请求（FIQ）    当处理器的外部快速中断请求引脚有效，而且CPSR的F控制位被清除时，处理器产生外部中断请求异常中断。
3、异常的响应过程    除了复位异常外，当异常发生时，ARM处理器尽可能完成当前指令（除了复位异常）后，再去处理异常。并执行如下动作：    (1)、将引起异常指令的下一条指令的地址保存到新模式的R14中,若异常是从ARM状态进入，LR寄存器中保存的是下一条指令的地址（当前PC＋4或 PC＋8，与异常的类型有关）；若异常是从Thumb状态进入，则在LR寄存器中保存当前PC的偏移量，这样，异常处理程序就不需要确定异常是从何种状态进入的。例如：在软件中断异常SWI，指令MOV PC，R14_svc总是返回到下一条指令，不管SWI是在ARM状态执行，还是在Thumb状态执行。
(2)、将CPSR的内容保存到要执行异常中断模式的SPSR中。
(3)、设置CPSR相应的位进入相应的中断模式。
(4)、通过设置CPSR的第7位来禁止IRQ。如果异常为快速中断和复位。则还要设置CPSR的第6位来禁止快速中断。
(5)、给PC强制赋向量地址值。    上面的异常处理操作都是由ARM核硬件逻辑自动完成的，程序计数器PC总是跳转到相应的固定地址。    如果异常发生时，处理器处于Thumb状态，则当异常向量地址加载入PC时，处理器自动切换到ARM状态，则异常处理返回时，自动切换到Thumb状态。
4、异常中断处理返回    异常处理完毕之后，ARM微处理器会执行以下几步操作从异常返回：
(1)、将所有修改过的用户寄存器从处理程序的保护栈中恢复。
(2)、将SPSR复制回CPSR中，将连接寄存器LR的值减去相应的偏移量后送到PC中。
(3)、若在进入异常处理时设置了中断禁止位，要在此清除。    复位异常处理程序不需要返回。
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