ARM處理器架構異常/中斷處理
加入技術(shù)交流群
首先，中斷是異常的一種。當發(fā)生一種異常時(shí)，處理器會(huì )進(jìn)入不同的工作模式。ARM的異常和相應的模式之間的對應關(guān)系見(jiàn)下表:
當一個(gè)異常導致模式的改變時(shí),ARM核自動(dòng)地:
1、把cpsr保存到相應模式下的spsr
2、把pc保存到相應模式下的lr
3、設置cpsr為相應異常模式
4、設置pc為相應異常處理程序的入口地址
對于IRQ或者FIQ而言,還多一項變化:禁用相關(guān)的中斷IRQ或FIQ,禁止同類(lèi)型的其他中斷被觸發(fā)。（這也是自動(dòng)實(shí)現的，因此正常情況下，ARM中斷不可嵌套）
從異常中斷處理程序退出時(shí)，需要我們在程序中用軟件實(shí)現下面兩個(gè)操作:
1、從spsr_mode中恢復數據到cpsr中
2、從lr_mode中恢復內容到pc中,返回到異常中斷的指令的下一條政令處執行.
2440默認的有一個(gè)異常向量表，即發(fā)生某一個(gè)異常后，會(huì )根據異常向量表設置pc為相應的處理函數入口地址。
地址 | 異常名稱(chēng) | 指令 |
0x00 | 復位異常 | B RestHandler |
0x04 | 未定義指令異常 | B HandlerUndef |
0x08 | 軟件中斷異常 | B HandlerSWI |
0x0C | 指令預取異常 | B HandlerPabort |
0x10 | 數據預取異常 | B HandlerDabort |
0x14 | 保留 | |
0x18 | IRQ中斷異常 | B HandlerIRQ |
0x1C | FIQ中斷異常 | B HandlerFIQ |
上表中的 指令都是在2440init.s中的程序表示。
下面，我們結合板子自帶的2440test源代碼中的2440init.s中的異常處理，來(lái)分析arm中斷處理的實(shí)現。
首先，在2440init.s中有：
__ENTRYb ResetHandlerb HandlerUndef ;handler for Undefined modeb HandlerSWI ;handler for SWI interruptb HandlerPabort ;handler for PAbortb HandlerDabort ;handler for DAbortb . ;reservedb HandlerIRQ ;handler for IRQ interruptb HandlerFIQ ;handler for FIQ interrupt
這里就是相應的 異常處理向量表。程序正常啟動(dòng)就跳轉到resethandler，如果是發(fā)生中斷就跳轉到handlerIRQ。對于handlerIRQ，它是用一個(gè)宏實(shí)現的。
MACRO$HandlerLabel HANDLER $HandleLabel$HandlerLabelsub sp,sp,#4 ;decrement sp(to store jump address)stmfd sp!,{r0} ;PUSH the work register to stack(lr doest push because it return to original address)ldr r0,=$HandleLabel;load the address of HandleXXX to r0ldr r0,[r0] ;load the contents(service routine start address) of HandleXXXstr r0,[sp,#4] ;store the contents(ISR) of HandleXXX to stackldmfd sp!,{r0,pc} ;POP the work register and pc(jump to ISR)MEND上面是宏的聲明。下面是具體用到宏的地方。HandlerFIQ HANDLER HandleFIQHandlerIRQ HANDLER HandleIRQHandlerUndef HANDLER HandleUndefHandlerSWI HANDLER HandleSWIHandlerDabort HANDLER HandleDabortHandlerPabort HANDLER HandlePabort上面的這段程序在編譯的時(shí)候會(huì )被編譯器展開(kāi)，我們可以將其中的IRQ相關(guān)的展開(kāi)如下：
HandlerIRQ HANDLER HandleIRQ 會(huì )被下面的代碼段替換：
HandlerIRQ sub sp,sp,#4 ;decrement sp(to store jump address)stmfd sp!,{r0} ;PUSH the work register to stack(lr doest push because it return to original address)ldr r0,=HandleIRQ ;load the address of HandleXXX to r0ldr r0,[r0] ;load the contents(service routine start address) of HandleXXXstr r0,[sp,#4] ;store the contents(ISR) of HandleXXX to stackldmfd sp!,{r0,pc} ;POP the work register and pc(jump to ISR)因此，發(fā)生中斷時(shí)，就會(huì )b HandlerIRQ，跳轉到上面的代碼進(jìn)行執行。按照上面的流程，處理器會(huì )把HandleIRQ地址中所存儲的數 付給pc指針，作為下一條指令的地址，然后執行。那么HandleIRQ地址中存儲的數是什么呢？
在2440init.s中有這樣一段程序：
ldr r0,=HandleIRQ ;This routine is neededldr r1,=IsrIRQ ;if there isnt subs pc,lr,#4 at 0x18, 0x1cstr r1,[r0]從這里，可以看出，HandleIRQ中存的是IsrIRQ。所以處理器會(huì )跳轉到isrIRQ中執行。
IsrIRQsub sp,sp,#4 ;reserved for PCstmfd sp!,{r8-r9}ldr r9,=INTOFFSETldr r9,[r9]ldr r8,=HandleEINT0add r8,r8,r9,lsl #2ldr r8,[r8]str r8,[sp,#8]ldmfd sp!,{r8-r9,pc}在上面的程序中，INTOFFSET表示的是中斷號對于EINT0的偏移號。這樣計算得到中斷向量號之后，跳轉到中斷函數進(jìn)行處理。對于，上面的程序奇怪的一點(diǎn)是沒(méi)有看到恢復cpsr和pc指針。因此，可以推斷，對于中斷函數在A(yíng)DS中有特殊的聲明方式，如：static void __irq Uart_DMA_ISR(void)。像這種聲明方式，在編譯的時(shí)候，編譯器會(huì )自動(dòng)在函數的末尾添加恢復cpsr和pc的語(yǔ)句。另外， 寄存器r0-r12也是需要保護的，因為在中斷函數和原來(lái)的上下文中都會(huì )用到，所以，我認為 編譯器在中斷處理函數中對r0-r12也進(jìn)行了保護和恢復。
另外，在ucosII中，對IsrIRQ函數進(jìn)行了修改，我們后面再進(jìn)行分析。
另外，我們用軟件實(shí)現了一套中斷向量表：
ALIGNAREA RamData, DATA, READWRITE^ _ISR_STARTADDRESS ; _ISR_STARTADDRESS=0x33FF_FF00HandleReset # 4HandleUndef # 4HandleSWI # 4HandlePabort # 4HandleDabort # 4HandleReserved # 4HandleIRQ # 4HandleFIQ # 4;Dont use the label IntVectorTable,;The value of IntVectorTable is different with the address you think it may be.;IntVectorTable;@0x33FF_FF20HandleEINT0 # 4HandleEINT1 # 4HandleEINT2 # 4HandleEINT3 # 4HandleEINT4_7 # 4HandleEINT8_23 # 4HandleCAM # 4 ; Added for 2440.HandleBATFLT # 4HandleTICK # 4HandleWDT # 4HandleTIMER0 # 4HandleTIMER1 # 4HandleTIMER2 # 4HandleTIMER3 # 4HandleTIMER4 # 4HandleUART2 # 4;@0x33FF_FF60HandleLCD # 4HandleDMA0 # 4HandleDMA1 # 4HandleDMA2 # 4HandleDMA3 # 4HandleMMC # 4HandleSPI0 # 4HandleUART1 # 4HandleNFCON # 4 ; Added for 2440.HandleUSBD # 4HandleUSBH # 4HandleIIC # 4HandleUART0 # 4HandleSPI1 # 4HandleRTC # 4HandleADC # 4;@0x33FF_FFA0之前，我們在發(fā)生中斷時(shí)，pc指針就跳轉到了 HandleIRQ地址中所存儲的數 出執行。也就是說(shuō)在HandleIRQ中存的是異常處理函數的入口地址。這就是異常處理向量表的作用。
所以，我們可以看出，對于2440init.s實(shí)現的異常處理，采用的是兩級向量表機制。 第一級向量表是arm核自己實(shí)現的，發(fā)生相應的異常時(shí)，pc指針跳轉到0x18地址中存的數，作為入口地址。 第二級向量表是由Handler宏實(shí)現的，繼續跳轉到 HandleIRQ地址中存的數，繼續執行。
而對于IRQ來(lái)講，還有第三級的向量表，在IsrIRQ中，又會(huì )根據中斷號，比如uart2的中斷，跳轉到 HandleUart2地址中 存的數，繼續執行。
在2440init.s中，并沒(méi)有給HandleUndef等這些地址處賦值，因此，一旦執行到，程序就會(huì )跑飛。
評論