ARM中斷實現(xiàn)過程的個人筆記

決定開始學習嵌入式后，最先做的事情就是要熟悉ARM指令及其偽指令偽操作。ARM指令的助記符其實都是其具體功能的單次縮寫，所以學習的過程中最好利用網(wǎng)絡，從一些文獻或書籍中找到ARM指令助記符的全稱，這樣方便記憶。學完之后，我做了整理了一個有關這方面的筆記，有需要的朋友請郵件聯(lián)系：gmman@163.com
 
    接下來的學習過程中，比較難以理解的是ARM的中斷過程和存儲系統(tǒng)。ARM中斷的實現(xiàn)有些書上看一兩遍也不見得能夠完全理解，當然可能只對于像我一樣跨專業(yè)的朋友來說存在這個問題。這次只談中斷。由于是初學者，難免會出錯，敬請各位指正。
 
    當一個程序正常執(zhí)行過程中，CPU可能檢測到有某個中斷源發(fā)出中斷請求，這時ARM硬件實現(xiàn)了程序強制跳轉，在這之前保存了相關信息，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)初始化設置。
    開始比較難以理解的是中斷產(chǎn)生后，程序都進行了哪些操作。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跳轉指令，跳轉到相關處理程序。當然多數(shù)情況中斷處理程序可能比較復雜，并且要處理多種中斷的情況下，采用一步映射兩步跳轉（我自己起的名字，不一定妥當）。如下圖所示：
    
一步映射指，在RAM地址中建立一個中斷向量表，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。兩步跳轉是指，當中斷發(fā)生時，由于系統(tǒng)硬件強制程序跳轉到了0x08處，在該地址處是一個跳轉指令，跳轉到中斷函數(shù)地址解析程序IRQ_Handler，完成一步跳轉。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，開始處理中斷。在中斷處理函數(shù)的最后，恢復中斷開始時保存的相關寄存器的值，完成中斷。
 
下面以一個實例來具體說明中斷建立及實現(xiàn)的過程。
 
首先通過偽指令建立一個中斷向量表，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} //實現(xiàn)程序跳轉，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)初始化時重新建立一個中斷向量表，并把相關的中斷處理函數(shù)的地址放到中斷向量表中。當系統(tǒng)監(jiān)測到有中斷源請求服務后，硬件實現(xiàn)pc跳轉到地址0x08處，執(zhí)行一個跳轉指令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 
實現(xiàn)中斷的返回。