中斷異常處理流程

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1、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中，異常或者中斷是處理系統(tǒng)中突發(fā)事件的一種機(jī)制，幾乎所有的處理器都提供這種機(jī)制。異常主要是從處理器被動(dòng)接受的角度出發(fā)的一種描述，指意外操作引起的異常。而中斷則帶有向處理器主動(dòng)申請(qǐng)的意味。但這兩種情況具有一定的共性，都是請(qǐng)求處理器打斷正常的程序執(zhí)行流程，進(jìn)入特定程序的一種機(jī)制。若無(wú)特別說(shuō)明，對(duì)“異常”和“中斷”都不作嚴(yán)格的區(qū)分。本文結(jié)合經(jīng)過(guò)實(shí)際驗(yàn)證的代碼對(duì)ARM9中斷處理流程進(jìn)行分析，并設(shè)計(jì)出基于S3C2410芯片的外部中斷處理程序。1.異常中斷響應(yīng)和返回系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，異?？赡軙?huì)隨時(shí)發(fā)生。當(dāng)一個(gè)異常出現(xiàn)以后，ARM微處理器會(huì)執(zhí)行以下幾步操作：1)將下一條指令的地址

2、存入相應(yīng)連接寄存器LR，以便程序在處理異常返回時(shí)能從正確的位置重新開(kāi)始執(zhí)行。2)將CPSR復(fù)制到相應(yīng)的SPSR中。3)根據(jù)異常類(lèi)型，強(qiáng)制設(shè)置CPSR的運(yùn)行模式位。4)強(qiáng)制PC從相關(guān)的異常向量地址取下一條指令執(zhí)行，從而跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的異常處理程序處。這些工作是由ARM內(nèi)核完成的,不需要用戶(hù)程序參與。異常處理完畢之后，ARM微處理器會(huì)執(zhí)行以下幾步操作從異常返回：1)將連接寄存器LR的值減去相應(yīng)的偏移量后送到PC中。2)將SPSR復(fù)制回CPSR中。3)若在進(jìn)入異常處理時(shí)設(shè)置了中斷禁止位，要在此清除。這些工作必須由用戶(hù)在中斷處理函數(shù)中實(shí)現(xiàn)。為保證在ARM處理器發(fā)生異常時(shí)不至于處于未知狀

3、態(tài)，在應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)中，首先要進(jìn)行異常處理。采用的方式是在異常向量表中的特定位置放置一條跳轉(zhuǎn)指令，跳轉(zhuǎn)到異常處理程序。當(dāng)ARM處理器發(fā)生異常時(shí)，程序計(jì)數(shù)器PC會(huì)被強(qiáng)制設(shè)置為對(duì)應(yīng)的異常向量，從而跳轉(zhuǎn)到異常處理程序。當(dāng)異常處理完成以后，返回到主程序繼續(xù)執(zhí)行?？梢哉J(rèn)為應(yīng)用程序總是從復(fù)位異常處理程序開(kāi)始執(zhí)行的，因此復(fù)位異常處理程序不需要返回。2.異常處理程序設(shè)計(jì)2.1異常響應(yīng)流程由于向量表的限制，只能有一條指令B完成32MB范圍內(nèi)的跳轉(zhuǎn)，并不能保證所有的異常處理函數(shù)都位于32MB范圍內(nèi)。為了擴(kuò)展跳轉(zhuǎn)范圍，需要二次跳轉(zhuǎn)才能把異常處理函數(shù)的地址傳送給PC。異常處理調(diào)用關(guān)系如圖1所示。三

4、星公司網(wǎng)站提供了test2410_r11軟件包，其中2410init.s有如下代碼：HandlerXXXsubsp,sp,#4;減少sp，保存跳轉(zhuǎn)地址stmfdsp!,{r0};將工作寄存器壓入堆棧ldrr0,=HandleXXX;將HandleXXX地址放入r0ldrr0,[r0];將中斷程序入口地址放入r0strr0,[sp,#4];將中斷程序入口地址壓入堆棧ldmfdsp!,{r0,pc};將工作寄存器和中斷程序入口地址彈出到r0和PC圖1異常處理調(diào)用并且在RAM中定義了存有中斷程序入口地址表_ISR_STARTADDRESS：AREARamData,DATA,REA

5、DWRITE^_ISR_STARTADDRESSHandleReset#4HandleUndef#4HandleSWI#4HandlePabort#4HandleDabort#4HandleReserved#4HandleIRQ#4HandleFIQ#4通常HandlerXXX位于程序入口地址32MB范圍內(nèi)，HandleXXX是以_ISR_STARTADDRESS為基地址的RAM中地址。該代碼主要實(shí)現(xiàn)跳轉(zhuǎn)功能，把異常處理程序地址HandleXXX送到PC中。例如產(chǎn)生IRQ中斷時(shí)，PC會(huì)被強(qiáng)制設(shè)置為0x18，執(zhí)行指令：bHandlerIRQ在HandlerIRQ程序段內(nèi)，處理

6、器做一些必要的處理，就會(huì)將_ISR_STARTADDRESS表中存放的IRQ入口地址送入PC，然后開(kāi)始執(zhí)行相關(guān)中斷程序。由于_ISR_STARTADDRESS表存放在RAM中，后面的C語(yǔ)言程序可以方便地更改相關(guān)中斷服務(wù)程序的內(nèi)容。2.2異常分支系統(tǒng)可能存在多個(gè)IRQ/FIQ的中斷處理程序。為了從向量表入口處的跳轉(zhuǎn)最終能找到正確的中斷處理程序，需要設(shè)計(jì)一套處理機(jī)制和方法來(lái)實(shí)現(xiàn)?？梢栽贏RM的異常向量表之外，增加一張關(guān)聯(lián)中斷控制器的向量表，向量表中的內(nèi)容對(duì)應(yīng)每個(gè)具體的中斷源，可以協(xié)助跳轉(zhuǎn)到不同的中斷處理程序。當(dāng)響應(yīng)外設(shè)的一個(gè)中斷請(qǐng)求時(shí)，首先觸發(fā)ARM核的中斷，進(jìn)人中斷程序，再通

7、過(guò)中斷控制器識(shí)別中斷源，使PC能夠自動(dòng)獲得中斷處理程序的地址。有的芯片支持特殊的硬件分支功能，依據(jù)中斷源自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到向量表的相應(yīng)地址，多數(shù)情況下是用軟件來(lái)處理異常分支。在S3C2410體系中，中斷的調(diào)用可以看成是經(jīng)歷了2次“中斷向量表”的查詢(xún)。2410init.s中的以下代碼完成功能就是查詢(xún)中斷偏移寄存器INTOFFSET，得到當(dāng)前中斷的中斷號(hào)，并根據(jù)中斷號(hào)再調(diào)用相關(guān)的中斷服務(wù)程序。IsrIRQsubsp,sp,#4stmfdsp!,{r8-r9}ldrr9,=INTOFFSETldrr9,[r9]ldrr8,=Ha