ARM中的異常和中斷
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1、復(fù)位異常；在以ARM為核的單片機(jī)中，常把下列事件作為引起復(fù)位的原因。
• 上電復(fù)位：在上電后，復(fù)位使內(nèi)部達(dá)到預(yù)定的狀態(tài)，特別是程序跳到初始入口；
•復(fù)位引腳上的復(fù)位脈沖：這是由外部其他控制信號(hào)引起的；
• 對(duì)系統(tǒng)電源檢測發(fā)現(xiàn)過壓或欠壓；
• 時(shí)鐘異常復(fù)位。
ARM處理器復(fù)位后，處理器硬件將進(jìn)行以下操作：
• 強(qiáng)制進(jìn)入管理模式；
• 強(qiáng)制進(jìn)入ARM狀態(tài)；
• 跳轉(zhuǎn)到絕對(duì)地址PC=0x00000000處執(zhí)行；
• 禁止IRQ中斷和FIQ中斷。
復(fù)位后，程序狀態(tài)寄存器如下：
...... | I | F | T | M4 | M3 | M2 | M1 | M0 |
1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 |
上電復(fù)位后，進(jìn)入管理模式，執(zhí)行操作系統(tǒng)程序，一般用做對(duì)系統(tǒng)初始化，例如開中斷等；然后切換到用戶模式，開始執(zhí)行正常的用戶程序。
切換到用戶模式可使用下列程序：
MRS R0,CPSR ；讀狀態(tài)寄存器
BIC R0,R0,#03；把末兩位清0
MSR CPRS_c,R0；把修改后的值加載給狀態(tài)寄存器，切換結(jié)束
......；用戶程序
2、未定義指令異常；由于ARM使用32位代碼，包含的信息量很大，可達(dá)2的31方（4G）。ARM指令集不能用盡所有代碼。當(dāng)ARM處理器遇到無法譯碼的指令時(shí)就會(huì)發(fā)
生未定義指令異常。進(jìn)入中斷處理程序。
ARM的未定義指令異常有以下兩種情況：
（1）遇到一條無法執(zhí)行的指令，此指令沒有定義；
（2）執(zhí)行一條對(duì)協(xié)處理器的操作指令，在正常情況下，協(xié)處理器應(yīng)該應(yīng)答，但協(xié)處理器沒有應(yīng)答。
未定義異常中斷時(shí)，狀態(tài)寄存器中的F位不變。使用下列指令退出異常中斷，返回原程序 。
• 把下一條指令的地址拷貝給LR；
• 把程序狀態(tài)寄存器CPSR拷貝給SPSR_und；
• 強(qiáng)制進(jìn)入未定義模式；
• 強(qiáng)制進(jìn)入到ARM模式；
• 跳轉(zhuǎn)到絕對(duì)地址PC=0x00000004處執(zhí)行；
• 禁止IRQ中斷。
進(jìn)入中斷后，程序狀態(tài)寄存器如下：
...... | I | F | T | M4 | M3 | M2 | M1 | M0 |
1 | x | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 |
MOVS PC,R14.
3、軟件中斷異常；是由指令SWI引起的。程序在執(zhí)行這一指令后，進(jìn)入異常中斷。處理器響應(yīng)中斷，硬件執(zhí)行如下的操作。
• 把下一條指令的地址拷貝給LR；
• 把程序狀態(tài)寄存器CPSR拷貝給SPSR_svc；
• 強(qiáng)制進(jìn)入管理模式；
• 強(qiáng)制進(jìn)入到ARM狀態(tài)；
• 跳轉(zhuǎn)到絕對(duì)地址PC=0x00000008處執(zhí)行；
• 禁止IRQ中斷。
進(jìn)入中斷后的程序狀態(tài)寄存器如下：
...... | I | F | T | M4 | M3 | M2 | M1 | M0 |
1 | x | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 |
軟件中斷處理程序完成后，使用下列指令返回到原中斷處：MOVS PC,R14.
4、預(yù)取指中止異常；由程序存儲(chǔ)器引起的中止異常叫做預(yù)取指中止異常；由數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器引起的中止異常叫做數(shù)據(jù)中止異常。由于ARM的指令是3級(jí)流水線結(jié)構(gòu)，讀
取指令周期是提前進(jìn)行的，因此把讀取指令的過程一般稱預(yù)取指。如果在取得指令的同時(shí)程序存儲(chǔ)器發(fā)出中止信號(hào)，則ARM處理器把這一條指令標(biāo)記位無效，然后等待執(zhí)
行。有兩種可能如下：
• 當(dāng)執(zhí)行這條指令前程序發(fā)生跳轉(zhuǎn)，則這條無效指令不引起異常中斷；
• 當(dāng)執(zhí)行到這條指令時(shí)，處理器會(huì)發(fā)生預(yù)取指中止異常，引起中斷。
當(dāng)記進(jìn)入預(yù)取指異常中斷時(shí)，處理器硬件響應(yīng)中斷，執(zhí)行以下的操作：
• 把中斷時(shí)PC的地址拷貝給LR；
• 把程序狀態(tài)寄存器CPSR拷貝給SPSR_abt；
• 強(qiáng)制進(jìn)入中止異常模式；
• 強(qiáng)制進(jìn)入到ARM狀態(tài)；
• 跳轉(zhuǎn)到絕對(duì)地址PC=0x0000000C處執(zhí)行；
• 禁止IRQ中斷。
進(jìn)入中斷后，程序狀態(tài)寄存器如下：
...... | I | F | T | M4 | M3 | M2 | M1 | M0 |
1 | x | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 |
預(yù)取指中止異常中斷返回時(shí)，應(yīng)該執(zhí)行下列指令：SUBS PC,R14,#4.
5、數(shù)據(jù)中止異常；ARM處理器訪問數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，在讀取數(shù)據(jù)的同時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器發(fā)出了中止信號(hào)，引起數(shù)據(jù)中止異常。
數(shù)據(jù)中止異常中斷服務(wù)程序返回時(shí)，使用下列指令：
SUBS PC,R14,#8
上述指令是返回到中斷時(shí)所執(zhí)行的指令，目的是再一次從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中讀取數(shù)據(jù)。如果不再一次讀取數(shù)據(jù)，則執(zhí)行下一條指令，此時(shí)使用下列指令返回：
SUBS PC,R14,#4
• 把中斷時(shí)的PC的地址拷貝給LR；
• 把程序狀態(tài)寄存器CPSR拷貝給SPSR_abt；
• 強(qiáng)制進(jìn)入中止異常模式；
•強(qiáng)制進(jìn)入到ARM狀態(tài)；
• 跳轉(zhuǎn)到絕對(duì)地址PC=0x00000010處執(zhí)行；
• 禁止IRQ中斷。
進(jìn)入中斷后，程序狀態(tài)寄存器如下：
...... | I | F | T | M4 | M3 | M2 | M1 | M0 |
1 | x | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 |
6、中斷請求（IRQ）異常；例如：定時(shí)器中斷、串行口通訊中斷、外部信號(hào)中斷和A/D處理中斷等。IRQ中斷是可屏蔽的。在狀態(tài)寄存器中的I位就是IRQ的屏蔽位
。當(dāng)I=1時(shí)。則屏蔽IRQ中斷，當(dāng)I=0時(shí)，則允許中斷。處理器復(fù)位后置I為1，關(guān)閉中斷。
當(dāng)發(fā)生IRQ中斷時(shí)，處理器硬件響應(yīng)中斷，執(zhí)行下列操作：
• 把中斷時(shí)的PC的地址值拷貝給LR；
• 把程序狀態(tài)寄存器CPSR拷貝給SPSR_irq；
• 強(qiáng)制進(jìn)入IRQ異常模式；
•強(qiáng)制進(jìn)入到ARM狀態(tài)；
• 跳轉(zhuǎn)到絕對(duì)地址PC=0x00000018處執(zhí)行；
• 禁止IRQ中斷。
進(jìn)入中斷后，程序狀態(tài)寄存器如下：
...... | I | F | T | M4 | M3 | M2 | M1 | M0 |
1 | x | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 |
完成中斷處理后，程序執(zhí)行下列返回原中斷處：SUBS PC.R14,#4.
7、快速中斷（FIQ）請求異常；FIQ快速中斷是可屏蔽的。在狀態(tài)寄存器中的F位就是FIQ的屏蔽位。當(dāng)F=1時(shí)。則屏蔽FIQ中斷，當(dāng)F=0時(shí)，則允許中斷。處理器復(fù)
位后置F為1，關(guān)閉中斷。
當(dāng)發(fā)生IRQ中斷時(shí)，處理器硬件響應(yīng)中斷，執(zhí)行下列操作：
• 把中斷時(shí)的PC的地址值拷貝給LR；
• 把程序狀態(tài)寄存器CPSR拷貝給SPSR_fiq；
• 強(qiáng)制進(jìn)入FIQ異常模式；
•強(qiáng)制進(jìn)入到ARM狀態(tài)；
• 跳轉(zhuǎn)到絕對(duì)地址PC=0x0000001C處執(zhí)行；
• 禁止FIQ中斷。
進(jìn)入中斷后，程序狀態(tài)寄存器如下：
...... | I | F | T | M4 | M3 | M2 | M1 | M0 |
1 | x | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 |
完成中斷處理后，程序執(zhí)行下列返回原中斷處：SUBS PC.R14,#4
評(píng)論