ARM處理器架構(gòu)異常/中斷處理

首先，中斷是異常的一種。當(dāng)發(fā)生一種異常時(shí)，處理器會(huì)進(jìn)入不同的工作模式。ARM的異常和相應(yīng)的模式之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系見下表:

當(dāng)一個(gè)異常導(dǎo)致模式的改變時(shí),ARM核自動(dòng)地:

1、把cpsr保存到相應(yīng)模式下的spsr

2、把pc保存到相應(yīng)模式下的lr

3、設(shè)置cpsr為相應(yīng)異常模式

4、設(shè)置pc為相應(yīng)異常處理程序的入口地址

對(duì)于IRQ或者FIQ而言,還多一項(xiàng)變化:禁用相關(guān)的中斷IRQ或FIQ,禁止同類型的其他中斷被觸發(fā)。（這也是自動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，因此正常情況下，ARM中斷不可嵌套）

從異常中斷處理程序退出時(shí)，需要我們?cè)诔绦蛑杏密浖?shí)現(xiàn)下面兩個(gè)操作:

1、從spsr_mode中恢復(fù)數(shù)據(jù)到cpsr中

2、從lr_mode中恢復(fù)內(nèi)容到pc中,返回到異常中斷的指令的下一條政令處執(zhí)行.

2440默認(rèn)的有一個(gè)異常向量表，即發(fā)生某一個(gè)異常后，會(huì)根據(jù)異常向量表設(shè)置pc為相應(yīng)的處理函數(shù)入口地址。

上表中的 指令都是在2440init.s中的程序表示。

下面，我們結(jié)合板子自帶的2440test源代碼中的2440init.s中的異常處理，來分析arm中斷處理的實(shí)現(xiàn)。

首先，在2440init.s中有：

__ENTRYb	ResetHandlerb	HandlerUndef	;handler for Undefined modeb	HandlerSWI	    ;handler for SWI interruptb	HandlerPabort	;handler for PAbortb	HandlerDabort	;handler for DAbortb	.		        ;reservedb	HandlerIRQ	;handler for IRQ interruptb	HandlerFIQ	;handler for FIQ interrupt

這里就是相應(yīng)的 異常處理向量表。程序正常啟動(dòng)就跳轉(zhuǎn)到resethandler，如果是發(fā)生中斷就跳轉(zhuǎn)到handlerIRQ。對(duì)于handlerIRQ，它是用一個(gè)宏實(shí)現(xiàn)的。

MACRO$HandlerLabel HANDLER $HandleLabel$HandlerLabelsub	sp,sp,#4	;decrement sp(to store jump address)stmfd	sp!,{r0}	;PUSH the work register to stack(lr doest push because it return to original address)ldr     r0,=$HandleLabel;load the address of HandleXXX to r0ldr     r0,[r0]	 ;load the contents(service routine start address) of HandleXXXstr     r0,[sp,#4]      ;store the contents(ISR) of HandleXXX to stackldmfd   sp!,{r0,pc}     ;POP the work register and pc(jump to ISR)MEND

HandlerFIQ      HANDLER HandleFIQHandlerIRQ      HANDLER HandleIRQHandlerUndef    HANDLER HandleUndefHandlerSWI      HANDLER HandleSWIHandlerDabort   HANDLER HandleDabortHandlerPabort   HANDLER HandlePabort

HandlerIRQ HANDLER HandleIRQ 會(huì)被下面的代碼段替換：

HandlerIRQ	sub	sp,sp,#4	;decrement sp(to store jump address)stmfd	sp!,{r0}	;PUSH the work register to stack(lr doest push because it return to original address)ldr     r0,=HandleIRQ   ;load the address of HandleXXX to r0ldr     r0,[r0]	        ;load the contents(service routine start address) of HandleXXXstr     r0,[sp,#4]      ;store the contents(ISR) of HandleXXX to stackldmfd   sp!,{r0,pc}     ;POP the work register and pc(jump to ISR)

因此，發(fā)生中斷時(shí)，就會(huì)b HandlerIRQ，跳轉(zhuǎn)到上面的代碼進(jìn)行執(zhí)行。按照上面的流程，處理器會(huì)把HandleIRQ地址中所存儲(chǔ)的數(shù) 付給pc指針，作為下一條指令的地址，然后執(zhí)行。那么HandleIRQ地址中存儲(chǔ)的數(shù)是什么呢？

在2440init.s中有這樣一段程序：

ldr r0,=HandleIRQ ;This routine is neededldr r1,=IsrIRQ    ;if there isnt subs pc,lr,#4 at 0x18, 0x1cstr r1,[r0]

IsrIRQsub	sp,sp,#4       ;reserved for PCstmfd	sp!,{r8-r9}ldr	r9,=INTOFFSETldr	r9,[r9]ldr	r8,=HandleEINT0add	r8,r8,r9,lsl #2ldr	r8,[r8]str	r8,[sp,#8]ldmfd	sp!,{r8-r9,pc}

在上面的程序中，INTOFFSET表示的是中斷號(hào)對(duì)于EINT0的偏移號(hào)。這樣計(jì)算得到中斷向量號(hào)之后，跳轉(zhuǎn)到中斷函數(shù)進(jìn)行處理。對(duì)于，上面的程序奇怪的一點(diǎn)是沒有看到恢復(fù)cpsr和pc指針。因此，可以推斷，對(duì)于中斷函數(shù)在ADS中有特殊的聲明方式，如：static void __irq Uart_DMA_ISR(void)。像這種聲明方式，在編譯的時(shí)候，編譯器會(huì)自動(dòng)在函數(shù)的末尾添加恢復(fù)cpsr和pc的語句。另外， 寄存器r0-r12也是需要保護(hù)的，因?yàn)樵谥袛嗪瘮?shù)和原來的上下文中都會(huì)用到，所以，我認(rèn)為 編譯器在中斷處理函數(shù)中對(duì)r0-r12也進(jìn)行了保護(hù)和恢復(fù)。

另外，在ucosII中，對(duì)IsrIRQ函數(shù)進(jìn)行了修改，我們后面再進(jìn)行分析。

另外，我們用軟件實(shí)現(xiàn)了一套中斷向量表：

ALIGNAREA RamData, DATA, READWRITE^   _ISR_STARTADDRESS		; _ISR_STARTADDRESS=0x33FF_FF00HandleReset 	#   4HandleUndef 	#   4HandleSWI	#   4HandlePabort    #   4HandleDabort    #   4HandleReserved  #   4HandleIRQ	#   4HandleFIQ	#   4;Dont use the label IntVectorTable,;The value of IntVectorTable is different with the address you think it may be.;IntVectorTable;@0x33FF_FF20HandleEINT0		#   4HandleEINT1		#   4HandleEINT2		#   4HandleEINT3		#   4HandleEINT4_7	#   4HandleEINT8_23	#   4HandleCAM		#   4		; Added for 2440.HandleBATFLT	#   4HandleTICK		#   4HandleWDT		#   4HandleTIMER0 	#   4HandleTIMER1 	#   4HandleTIMER2 	#   4HandleTIMER3 	#   4HandleTIMER4 	#   4HandleUART2  	#   4;@0x33FF_FF60HandleLCD 		#   4HandleDMA0		#   4HandleDMA1		#   4HandleDMA2		#   4HandleDMA3		#   4HandleMMC		#   4HandleSPI0		#   4HandleUART1		#   4HandleNFCON		#   4		; Added for 2440.HandleUSBD		#   4HandleUSBH		#   4HandleIIC		#   4HandleUART0 	#   4HandleSPI1 		#   4HandleRTC 		#   4HandleADC 		#   4;@0x33FF_FFA0

而對(duì)于IRQ來講，還有第三級(jí)的向量表，在IsrIRQ中，又會(huì)根據(jù)中斷號(hào)，比如uart2的中斷，跳轉(zhuǎn)到 HandleUart2地址中 存的數(shù)，繼續(xù)執(zhí)行。

在2440init.s中，并沒有給HandleUndef等這些地址處賦值，因此，一旦執(zhí)行到，程序就會(huì)跑飛。