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ARM處理器架構異常/中斷處理

作者: 時(shí)間:2016-11-09 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò ) 收藏
中斷是我們嵌入式開(kāi)發(fā)很常用到的一種資源和編程手段。這篇文章重點(diǎn)分析arm中斷處理流程。

本文引用地址:http://dyxdggzs.com/article/201611/317950.htm

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。



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