ARM內核的中斷技術(shù)

1 ARM7TDMI簡(jiǎn)介
ARM7TDMI是一款經(jīng)典的通用32位微處理器，采用精簡(jiǎn)指令系統（RISC）和流水線(xiàn)結構。典型應用如GPS、PDA、雙向尋呼機、移動(dòng)電話(huà)、板卡間高速通信等。
ARM7TDMI定義有7種工作模式，本文涉及到的有：用戶(hù)模式，程序正常運行時(shí)的模式；快中斷模式，處理器響應快中斷而進(jìn)入的模式；中斷模式，處理響應常規中斷而進(jìn)入的模式；監督模式，操作系統的保護模式。處理器響應軟件中斷時(shí)即進(jìn)入監督模式。下面重點(diǎn)介紹ARM7TDMI的中斷特性。主要特性如表1所列。

ARM7TDMI具有常規中斷（IRQ）、快中斷（FIQ）和軟件中斷（SoftWareInterrupt）三種中方式。常規中斷和快中斷都是硬件中斷。
快中斷是為支持數據傳輸或快速數據通道而設計的，為快速處理快中斷。①快中斷被設為最高中斷優(yōu)先級；②在快中斷模式增設了7個(gè)私有工作寄存器，從而避免了由于主工作寄存器數據的保存和恢復而帶來(lái)了額外開(kāi)銷(xiāo)；③快中斷處理程序處于異常向量表的最后位置，因此可緊接異常向量表書(shū)寫(xiě)快中斷處理程序，而不必進(jìn)行程序跳轉操作，避免了刷新指令流水線(xiàn)和高速緩存。
軟件中斷是一種由用戶(hù)設置的同步中斷，由程序指令產(chǎn)生，不像硬件中斷那樣由外部事件觸發(fā)。軟件中斷允許運行在用戶(hù)模式的程序進(jìn)入監督模式，并運行監督態(tài)下的函數。在A(yíng)RM7TDMI的硬件調試系統中，應用程序可利用軟件中斷來(lái)申請半自主（semihosting）式操作，例如，打開(kāi)主機中的一個(gè)文件、向調試通道發(fā)送一個(gè)字符等等（這些操作必須依賴(lài)主機中C程序庫才能運行，因此被稱(chēng)為半自主式的）。利用軟件中斷機制，可以直觀(guān)和高效地仿真調試應用程序。另外，軟件中斷也可用于一般性的程序控制。
2 響應中斷和中斷返回
（1）當中斷產(chǎn)生時(shí)，ARM7TDMI將執行的操作
①把當前程序狀態(tài)寄存器（CPSR）的內容拷貝到相應的備份程序狀態(tài)寄存器（SPSR）。當前工作模式、中斷屏蔽位和狀態(tài)標志被保存下來(lái)。
②轉入相應的模式，并關(guān)閉常規中斷。如響應快中斷，則同時(shí)關(guān)閉快中斷。
③把程序計數器（pc）的值減4后，存入相應的連接寄存器（1r）。
④將程序計數器指向相應的中斷向量。
（2）由中斷返回時(shí)，ARM7TDMI將完成的操作
①將備份程序狀態(tài)寄存器的內容拷貝到當前程序狀態(tài)寄存器，恢復中斷前的狀態(tài)。
②清除相應禁止中斷位（如果已設置的話(huà)）。
③把連接寄存器的值拷貝到程序計數器，繼續運行原程序。
（3）返回地址的計算
ARM7TDMI采用流水線(xiàn)結構：當一條指令被執行時(shí)，下一條指令正被譯碼，而第三條指令被從內存中取出。當程序計數器未更新的，pc指向從內存中取出的指令，（pc-4）指向當前指令的一條指令。
處理器響應軟件中斷時(shí)，由于軟件中斷由指令自身產(chǎn)生，程序計數器還沒(méi)有更新，（pc-4）正好指向當前指令的下一條指令。因此，只要在中斷處理程序最后加入MOVSpc,lr把連接寄存器的值賦給程序計數器即可。
ARM7TDMI總是在一條指令執行完畢后，才去檢查是否有硬件中斷信號和中斷屏蔽狀態(tài)。此時(shí)，程序計數器已經(jīng)更新，（pc-4）指向當前指令的下兩條指令。因此要先把連接寄存器的內容減去4（指向pc-8）后，再賦給程序計數器。要添加的代碼是SUBSpc,lr #4