ARM微處理器的編程模型之：異常中斷處理

3.4.5 從異常處理程序中返回

當一個(gè)異常處理返回時(shí)，一共有3件事情需要處理：通用寄存器的恢復、狀態(tài)寄存器的恢復以及PC指針的恢復。通用寄存器的恢復采用一般的堆棧操作指令即可，下面重點(diǎn)介紹狀態(tài)寄存器的恢復以及PC指針的恢復。

1．恢復被中斷程序的處理器狀態(tài)

PC和CPSR的恢復可以通過(guò)一條指令來(lái)實(shí)現，下面是3個(gè)例子。

· MOVS PC，LR

· SUBS PC，LR，＃4

· LDMFD SP!，{PC}^

這幾條指令是普通的數據處理指令，特殊之處在于它們把程序計數器寄存器PC作為目標寄存器，并且帶了特殊的后綴“S”或“^”。其中“S”或“^”的作用就是使指令在執行時(shí)，同時(shí)完成從SPSR到CPSR的拷貝，達到恢復狀態(tài)寄存器的目的。

2．異常的返回地址

異常返回時(shí)，另一個(gè)非常重要的問(wèn)題就是返回地址的確定。前面提到過(guò)，處理器進(jìn)入異常時(shí)會(huì )有一個(gè)保存LR的動(dòng)作，但是該保持值并不一定是正確中斷的返回地址。以一個(gè)簡(jiǎn)單的指令執行流水狀態(tài)圖來(lái)對此加以說(shuō)明，如圖3.7所示。

圖3.7 3級流水線(xiàn)示例

在ARM架構里，PC值指向當前執行指令地址加8。也就是說(shuō)，當執行指令A（地址0x8000）時(shí)，PC等于0x8000+8=0x8008，即等于指令C的地址。假設指令A是BL指令，則當執行時(shí)，會(huì )把PC值（0x8008）保存到LR寄存器。但是，接下來(lái)處理器會(huì )對LR進(jìn)行一次自動(dòng)調整，使LR=LR－0x4。所以，最終保存在LR里面的是圖3.5中所示的B指令地址。所以當從BL返回時(shí)，LR里面正好是正確的返回地址。

同樣的跳轉機制在所有的LR自動(dòng)保存操作中都存在。當進(jìn)入中斷響應時(shí)，處理器對保存的LR也進(jìn)行一次自動(dòng)調整，并且跳轉動(dòng)作也是LR=LR－0x04。由此，就可以對不同異常類(lèi)型的返回地址依次比較。

假設在指令B處（地址0x8004）發(fā)生了異常，進(jìn)入異常相應后，LR經(jīng)過(guò)跳轉保存的地址值應該是C的地址0x8008。

（1）軟中斷異常

如果發(fā)生軟中斷異常，即指令B為SWI指令，從SWI中斷返回后下一條執行指令就是C，正好是LR寄存器保存的地址，所以只有直接把LR恢復給PC即可。

（2）IRQ或FIQ異常

如果發(fā)生的是IRQ或FIQ異常，因為外部中斷請求中斷了正在執行的指令B，當中斷返回后，需要重新回到B指令執行，也就是說(shuō)，返回地址應該是B（0x8004），需要把LR減4送PC。

（3）Data Abort數據中止異常

在指令B處進(jìn)入數據異常的相應，但導致數據異常的原因卻應該是上一條指令A。當中斷處理程序恢復數據異常后，要回到A重新執行導致數據異常的指令，因此返回地址應該是LR加8。

為方便起見(jiàn)，表3.7總結了各異常和返回地址的關(guān)系

表3.7 異常和返回地址

3.4.6 在應用程序中安裝異常處理程序

1．使用匯編語(yǔ)言安裝異常處理程序

如果系統啟動(dòng)不依賴(lài)于Debug或Debug monitor軟件，可以使用匯編語(yǔ)言在系統啟動(dòng)時(shí)直接安裝異常處理程序。

下面的例子顯示了系統從0x0地址啟動(dòng)，直接安裝異常處理程序的方法。

Vector_Init_Block

LDR PC, Reset_Addr

LDR PC, Undefined_Addr

LDR PC, SWI_Addr

LDR PC, Prefetch_Addr

LDR PC, Abort_Addr

NOP ;保留向量

LDR PC, IRQ_Addr

LDR PC, FIQ_Addr

Reset_Addr DCD Start_Boot

Undefined_Addr DCD Undefined_Handler

SWI_Addr DCD SWI_Handler

Prefetch_Addr DCD Prefetch_Handler

Abort_Addr DCD Abort_Handler

DCD 0 ;保留向量

IRQ_Addr DCD IRQ_Handler

FIQ_Addr DCD FIQ_Handler