ARM中斷實(shí)現(xiàn)過程的個(gè)人筆記

決定開始學(xué)習(xí)嵌入式后，最先做的事情就是要熟悉ARM指令及其偽指令偽操作。ARM指令的助記符其實(shí)都是其具體功能的單次縮寫，所以學(xué)習(xí)的過程中最好利用網(wǎng)絡(luò)，從一些文獻(xiàn)或書籍中找到ARM指令助記符的全稱，這樣方便記憶。學(xué)完之后，我做了整理了一個(gè)有關(guān)這方面的筆記，有需要的朋友請郵件聯(lián)系：gmman@163.com
 
    接下來的學(xué)習(xí)過程中，比較難以理解的是ARM的中斷過程和存儲系統(tǒng)。ARM中斷的實(shí)現(xiàn)有些書上看一兩遍也不見得能夠完全理解，當(dāng)然可能只對于像我一樣跨專業(yè)的朋友來說存在這個(gè)問題。這次只談中斷。由于是初學(xué)者，難免會(huì)出錯(cuò)，敬請各位指正。
 
    當(dāng)一個(gè)程序正常執(zhí)行過程中，CPU可能檢測到有某個(gè)中斷源發(fā)出中斷請求，這時(shí)ARM硬件實(shí)現(xiàn)了程序強(qiáng)制跳轉(zhuǎn)，在這之前保存了相關(guān)信息，以便程序正常返回。如果是發(fā)生了Reset中斷，程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)初始化設(shè)置。
    開始比較難以理解的是中斷產(chǎn)生后，程序都進(jìn)行了哪些操作。我就從跟蹤PC作為分析的主線。以發(fā)生FIQ中斷為例。（只以ROM起始地址為0為例，不為0的情況參照存儲地址映射）
    最簡單的是中斷發(fā)生后，PC＝0x08，在此地址處存放一個(gè)跳轉(zhuǎn)指令，跳轉(zhuǎn)到相關(guān)處理程序。當(dāng)然多數(shù)情況中斷處理程序可能比較復(fù)雜，并且要處理多種中斷的情況下，采用一步映射兩步跳轉(zhuǎn)（我自己起的名字，不一定妥當(dāng)）。如下圖所示：
    
一步映射指，在RAM地址中建立一個(gè)中斷向量表，圖中該表起始地址為0x400000，在該表中存放的是中斷處理函數(shù)的入口地址。兩步跳轉(zhuǎn)是指，當(dāng)中斷發(fā)生時(shí)，由于系統(tǒng)硬件強(qiáng)制程序跳轉(zhuǎn)到了0x08處，在該地址處是一個(gè)跳轉(zhuǎn)指令，跳轉(zhuǎn)到中斷函數(shù)地址解析程序IRQ_Handler，完成一步跳轉(zhuǎn)。解析程序（IRQ_Handler）的作用無非是把中斷向量表內(nèi)中斷處理函數(shù)（SystemIrqHandler）的入口地址賦值給 PC，如圖所示PC＝0x003000280，完成第二步跳轉(zhuǎn)，開始處理中斷。在中斷處理函數(shù)的最后，恢復(fù)中斷開始時(shí)保存的相關(guān)寄存器的值，完成中斷。
 
下面以一個(gè)實(shí)例來具體說明中斷建立及實(shí)現(xiàn)的過程。
 
首先通過偽指令建立一個(gè)中斷向量表，用于存放中斷程序的入口地址（如上圖中的中斷向量表，注意，此時(shí)表中還未賦值）： 
;/* EXCEPTION HANDLER VECTOR TABLE */ 
 
^ DRAM_BASE 
HandleReset # 4 
HandleUndef # 4 
HandleSwi # 4 
HandlePrefetch # 4 
HandleAbort # 4 
HandleReserv # 4 
HandleIrq # 4 
HandleFiq # 4 
 
 
然后定義一個(gè)連續(xù)的數(shù)據(jù)段，并把中斷處理函數(shù)的入口地址值賦給各字單元
ExceptionHandlerTable 
DCD UserCodeArea 
DCD SystemUndefinedHandler 
DCD SystemSwiHandler 
DCD SystemPrefetchHandler 
DCD SystemAbortHandler 
DCD SystemReserv 
DCD SystemIrqHandler 
DCD SystemFiqHandler 
 
 
下面從程序的開始處分析： 
AREA Init, CODE, READONLY 
ENTRY 
/* ROM起始地址向量表 */
B Reset_Handler 
B Undefined_Handler 
B SWI_Handler 
B Prefetch_Handler 
B Abort_Handler 
NOP Reserved vector 
B IRQ_Handler 
B FIQ_Handler 
/* B跳轉(zhuǎn)范圍限于+ -32M內(nèi)*/
 
 
/* 以下是地址解析程序 */
IRQ_Handler 
SUB sp, sp, #4 
STMFD sp!, {r0} FD滿遞減堆棧 執(zhí)行寄存器壓棧操作. 
LDR r0, =HandleIrq  //對應(yīng)程序開始處以偽指令定義的向量表
LDR r0, [r0]  //中斷處理函數(shù)的地址賦給R0. 
STR r0, [sp, #4]  //中斷處理函數(shù)的地址入棧 
LDMFD sp!, {r0, pc} //實(shí)現(xiàn)程序跳轉(zhuǎn)，目前沒明白為什么又給r0賦值？ 
 
 
上面提到了還沒有給中斷向量表賦值，下面代碼把中斷處理函數(shù)的地址放到DRAM中斷向量表里
EXCEPTION_VECTOR_TABLE_SETUP 
LDR r0, =HandleReset 
LDR r1, =ExceptionHandlerTable 
MOV r2, #8 
ExceptLoop 
LDR r3, [r1], #4 
STR r3, [r0], #4 
SUBS r2, r2, #1 Down Count 
BNE ExceptLoop ；； 
 
 
下面是中斷處理函數(shù) 
SystemIrqHandler 
IMPORT ISR_IrqHandler 
STMFD sp!, {r0-r7, lr} 
BL ISR_IrqHandler 
LDMFD sp!, {r0-r7, lr} 
SUBS pc, lr, #4 
 
它實(shí)際上只調(diào)用了下面的C語言的中斷處理函數(shù)，其他什么也沒做。 
void ISR_IrqHandler(void) 
{ 
IntOffSet = (U32)INTOFFSET; 
(IntOffSet>>2) 
(*InterruptHandlers[IntOffSet>>2])(); // Call interrupt service routine 
} 
 
以上編程思路是，先在系統(tǒng)初始化時(shí)重新建立一個(gè)中斷向量表，并把相關(guān)的中斷處理函數(shù)的地址放到中斷向量表中。當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測到有中斷源請求服務(wù)后，硬件實(shí)現(xiàn)pc跳轉(zhuǎn)到地址0x08處，執(zhí)行一個(gè)跳轉(zhuǎn)指令B IRQ_Handler  ， 然后執(zhí)行地址解析程序，把中斷向量表中的中斷處理函數(shù)的入口地址賦給pc，開始響應(yīng)中斷。在中斷處理函數(shù)的最后，執(zhí)行
LDMFD sp!, {r0-r7, lr} 
SUBS pc, lr, #4 
實(shí)現(xiàn)中斷的返回。