arm異常處理函數的設計
1 異常發(fā)生時處理器的動作
當任何一個異常發(fā)生并得到響應時,ARM 內核自動完成以下動作:
拷貝 CPSR 到 SPSR_
設置適當的 CPSR 位:
改變處理器狀態(tài)進入 ARM 狀態(tài)
改變處理器模式進入相應的異常模式
設置中斷禁止位禁止相應中斷
更新 LR_
設置 PC 到相應的異常向量
注意當響應異常后,不管異常發(fā)生在ARM 還是Thumb 狀態(tài)下,處理器都將
自動進入ARM 狀態(tài)。另一個需要注意的地方是中斷使能被自動關閉,也就是說
缺省情況下中斷是不可重入的。
除這些自動完成的動作之外,如果在匯編級進行手動編程,還需要注意保存
必要的通用寄存器。
2 進入異常處理循環(huán)后軟件的任務
進入異常處理程序以后,用戶可以完全按照自己的意愿來進行程序設計,包
括調用Thumb 狀態(tài)的函數,等等。但是對于絕大多數的系統(tǒng)來說,有一個步驟
必須處理,就是要把中斷控制器中對應的中斷狀態(tài)標識清掉,表明該中斷請求已
經得到響應。否則等退出中斷函數以后,又馬上會被再一次觸發(fā),從而進入周而
復始的死循環(huán)。
3 異常的返回
當一個異常處理返回時,一共有3 件事情需要處理:
通用寄存器的恢復
狀態(tài)寄存器的恢復
PC 指針的恢復
通用寄存器的恢復采用一般的堆棧操作指令,而PC 和CPSR 的恢復可以通
過一條指令來實現(xiàn),下面是3 個例子:
MOVS pc, lr 或 SUBS pc, lr, #4 或LDMFD sp!, {pc}^
這幾條指令都是普通的數據處理指令,特殊之處就是把PC 寄存器作為了目
標寄存器,并且?guī)Я颂厥獾暮缶Y“S”或“^”,在特權模式下,“S”或“^”的作
用就是使指令在執(zhí)行時,同時完成從SPSR 到CPSR 的拷貝,達到恢復狀態(tài)寄存器的目的。
我們知道在ARM 架構里,PC 值指向當前執(zhí)行指令的地址加8 處。也就是說,
當執(zhí)行指令A(地址0x8000)時,PC 等于指令C 的地址(0x8008)。假如指令
A 是“BL”指令,則當執(zhí)行時,會把PC(=0x8008)保存到LR 寄存器里面,但
是接下去處理器會馬上對LR 進行一個自動的調整動作:LR=LR-0x4。這樣,最
終保存在LR 里面的是B 指令的地址,所以當從BL 返回時,LR 里面正好是正
確的返回地址。
同樣的調整機制在所有LR 自動保存操作中都存在,比如進入中斷響應時處
理器所做的LR 保存中,也進行了一次自動調整,并且調整動作都是LR=LR-0x4。
由此我們來對不同異常類型的返回地址進行依次比較:
假設在指令B 處(地址0x8004)發(fā)生了中斷響應,進入中斷響應后LR 上經
過調整保存的地址值應該是C 的地址0x8008。
(a) 如果發(fā)生的是軟件中斷,即B 是“SWI”指令
從SWI 中斷返回后下一條執(zhí)行指令就是C,正好是LR 寄存器保存的地址,
所以只要直接把LR 恢復給PC。
(b) 如果發(fā)生的是“IRQ”或“FIQ”等指令
因為外部中斷請求中斷了B 指令的執(zhí)行,當中斷返回后,需要重新回到B
指令的執(zhí)行,也就是返回地址應該是B(0x8004),需要把LR 減4。
(c) 如果發(fā)生的是“Data Abort”
在B上進入數據異常的響應,但導致數據異常的原因卻應該是上一條指令A。
當中斷處理程序修復數據異常以后,要回到A 上重新執(zhí)行導致數據異常的指令,
因此返回地址應該是LR 減8。
如果原來的指令執(zhí)行狀態(tài)是Thumb,異常返回地址的分析與此類似,對LR
的調整正好與ARM 狀態(tài)完全一致。
4 ARM 編譯器對異常處理函數編寫的擴展
考慮到異常處理函數在現(xiàn)場保護和返回地址的處理上與普通函數的不同之
處,不能直接把普通函數體連接到異常向量表上,需要在上面加一層封裝,下面
是一個例子:
IRQ_Handler ;中斷響應,從向量表直接跳來
STMFD SP!, {R0-R12, LR} ;保護現(xiàn)場,一般只需保護{r0-r3,lr}即可
BL IrqHandler ;進入普通處理函數,C 或匯編均可
LDMFD SP!, {R0-R12, LR} ;恢復現(xiàn)場
SUBS PC, LR, #4 ;中斷返回,注意返回地址
為了方便使用高級語言直接編寫異常處理函數,ARM 編譯器對此作了特定
的擴展,可以使用函數聲明關鍵字__irq,這樣編譯出來的函數就滿足異常響應
對現(xiàn)場保護和恢復的需要,并且自動加入對LR 進行減4 的處理,符合IRQ 和
FIQ 中斷處理的要求。
__irq void IRQ_Handler (void)
{…}
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