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标题: ARM体系结构与编程学习（11） [打印本页]
作者: piday123    时间: 2021-1-28 17:40
标题: ARM体系结构与编程学习（11）

第九章 ARM异常中断处理

( e: m7 I) o$ h3 C' ?

9.1arm控制程序的执行流程

1、正常程序执行：每执行一条arm指令，PC值加4字节；每执行一条thumb指令，PC值加2字节。

2、跳转：B/BL/BLX，对于BLX，跳转到目标地址处执行，保存子程序的返回地址，根据目标地址的最低位可以将程序切换到thumb状态。

3、中断：系统先执行完当前指令，然后保存现场，之后跳转到异常中断处理程序。中断执行完后，恢复现场，程序返回到发生中断的指令的下一条指令处执行。


& h% K6 e6 h% y4 y1 w4 j

9.1.2异常中断向量表及优先级

中断向量地址          异常中断类型          异常中断模式                     优先级（6级最低）

0x0                     复位                     特权模式（SVC）                1

0x4                     未定义指令中止        未定义指令中止                   6

0x8                     软件中断（SWI)       特权模式（SVC）                6

0x0c                   指令预取中止           中止模式                          5

0x10                   数据访问中止           中止模式                          2

0x14                   保留

0x18                   外部中断请求（IRQ） 外部中断模式（IRQ）            4

0x1c                   快速中断请求（FIQ） 快速中断模式（FIQ）            3

异常中断模式寄存器，除FIQ外，都只有R13、R14专用寄存器，使用这些寄存器时，必须用RN来定义这些名称。

R13_svc   RN  R13

: H; I+ X3 Y- e$ ]! k! _  Y

9.2异常中断响应过程

9 j5 b9 P. v, l7 X! R

9.2.1 arm对异常中断的响应过程

1、保存处理器当前状态、中断屏蔽位以及各条件标志位

2、设置CPSR中相应位

3、保存返回地址到LR

4、将PC设置成中断向量地址

上述过程可以用伪指令描述为：

R14_<exception_mode>=return link

SPSR_<exception_mode>= CPSR

CPSR[4:0]=exception mode number

//运行于ARM状态

CPSR[5]=0

//禁止FIQ中断

CPSR[6]=1

//禁止IRQ中断

CPSR[7]=1

PC=exception vector address

1 P+ c$ t9 p, F: L

1、响应复位异常中断

R14_svc=unpredictable value

SPSR_svc=CPSR

CPSR[4:0]=0b10011

//运行于ARM状态

CPSR[5]=0

//禁止FIQ中断

CPSR[6]=1

//禁止IRQ中断

CPSR[7]=1

if high vectors configured then

PC=0xFFFF 0000

else

PC=0x0000 0000

; k5 W2 j: ?- s1 G& D6 @. X, v

处理复位中断

STMFD  SP!,{register,LR}

;...

LDMFD  SP!,{register,LR}^    ;^表示将SPSR_mode中的内容复制到CPSR

6 U- E1 s2 M3 P1 x- T! B8 j& R

返回

MOV  PC,LR

* S; z5 f  B& O

; m. ]; U( ?- \7 X, r

2、响应未定义指令异常中断

R14_und=address of next instruction after the undefined instruction

SPSR_und=CPSR

CPSR[4:0]=0b11011

//运行于ARM状态

CPSR[5]=0

//禁止FIQ中断

CPSR[6]=1

//禁止IRQ中断

CPSR[7]=1

if high vectors configured then

PC=0xFFFF 0004

else

PC=0x0000 0004


9 X6 n9 }& T0 k" P% L- G' w* D

处理复位中断

SUBS LR,LR,#4                    ;计算返回地址

STMFD  SP!,{register,LR}      ;保存使用到的寄存器

;...

LDMFD  SP!,{register,LR}^    ;中断返回，^表示将SPSR_mode中的内容复制到CPSR

0 q. w" q3 s" @% V* Y

返回

MOVS  PC,LR

! Q; y: K. ?9 @' I0 Y; D/ g& }/ v

3、响应SWI异常中断

R14_svc=address of next instruction after the SWI instruction

SPSR_svc=CPSR

CPSR[4:0]=0b11011

//运行于ARM状态

CPSR[5]=0

//禁止FIQ中断

CPSR[6]=1

//禁止IRQ中断

CPSR[7]=1

if high vectors configured then

PC=0xFFFF 0008

else

PC=0x0000 0008


7 T/ N: s) |+ y# A7 c3 z

处理复位中断

SUBS LR,LR,#4                    ;计算返回地址

STMFD  SP!,{register,LR}      ;保存使用到的寄存器

;...

LDMFD  SP!,{register,LR}^    ;中断返回，^表示将SPSR_mode中的内容复制到CPSR


0 v& E: w. y; M; ?+ }

返回

MOVS  PC,LR


* G% I  s" X: I

4、响应指令预取中止异常中断

R14_abt=address of  the aborted instruction +4

SPSR_abt=CPSR

CPSR[4:0]=0b10111

//运行于ARM状态

CPSR[5]=0

//CPSR[6]不变

//禁止IRQ中断

CPSR[7]=1

if high vectors configured then

PC=0xFFFF 000C

else

PC=0x0000 000C

% Z9 O2 P5 w  p, J1 e5 V

处理复位中断

SUBS LR,LR,#4                    ;计算返回地址

STMFD  SP!,{register,LR}      ;保存使用到的寄存器

;...

LDMFD  SP!,{register,LR}^    ;中断返回，^表示将SPSR_mode中的内容复制到CPSR

. S9 m' n6 w$ b: Z/ c7 H( x# c7 t

返回

SUBS  PC,LR,#4


$ Q  u9 W7 \# q& M0 q

5、响应数据访问中止异常中断

R14_abt=address of the aborted instruction +8

SPSR_abt=CPSR

CPSR[4:0]=0b10111

//运行于ARM状态

CPSR[5]=0

//

//CPSR[6]不变

//禁止IRQ中断

CPSR[7]=1

if high vectors configured then

PC=0xFFFF 0010

else

PC=0x0000 0010

; U8 G9 e0 G5 M2 c" I  j( y

处理复位中断

SUBS LR,LR,#4                    ;计算返回地址

STMFD  SP!,{register,LR}      ;保存使用到的寄存器

;...

LDMFD  SP!,{register,LR}^    ;中断返回，^表示将SPSR_mode中的内容复制到CPSR

* s! b* D" I1 A

返回

SUBS  PC,LR,#8


, d# }8 U: B: c+ z

6、响应IRQ异常中断

R14_irq=address of next instruction to be executed +4

SPSR_irq=CPSR

CPSR[4:0]=0b10010

//运行于ARM状态

CPSR[5]=0

//

//CPSR[6]不变

//禁止IRQ中断

CPSR[7]=1

if high vectors configured then

PC=0xFFFF 0018

else

PC=0x0000 0018

7 ?+ E  P  u( f5 @7 t

处理复位中断

SUBS LR,LR,#4                    ;计算返回地址

STMFD  SP!,{register,LR}      ;保存使用到的寄存器

;...

LDMFD  SP!,{register,LR}^    ;中断返回，^表示将SPSR_mode中的内容复制到CPSR


' q4 W+ \$ i# w2 a- H) S

返回

SUBS  PC,LR,#4

' d; E/ t) b$ g2 \. l* A+ Q

7、响应FIQ异常中断

R14_fiq=address of next instruction to be executed +4

SPSR_fiq=CPSR

CPSR[4:0]=0b10001

//运行于ARM状态

CPSR[5]=0

//禁止FIQ中断

CPSR[6]=1

//禁止IRQ中断

CPSR[7]=1

if high vectors configured then

PC=0xFFFF 001C

else

PC=0x0000 001C

$ G# U' U5 x: U# v  r2 Q

处理复位中断

SUBS LR,LR,#4                    ;计算返回地址

STMFD  SP!,{register,LR}      ;保存使用到的寄存器

;...

LDMFD  SP!,{register,LR}^    ;中断返回，^表示将SPSR_mode中的内容复制到CPSR


! _. l- b3 \7 b; H6 R0 V

返回

SUBS  PC,LR,#4

( |: U9 S0 J$ m* H) q

9.3 中断注册

两种方法：1、使用跳转指令将中断处理程序注册到中断向量表。简单，但是只能在32MB空间范围内跳转

              2、使用LDR指令。分两步：先将中断处理程序的绝对地址存放在距离向量表4KB范围内的存储单元中，再用LDR将该单元内容读取到PC中


2 {) V: T6 \$ w9 Q

9.3.1系统复位是注册异常中断处理程序

又分为2中情况：

1、起始地址0x0处为ROM

2、起始地址0x0处为RAM


& p  l# M6 S7 }

起始地址0x0为ROM

使用跳转指令

Vector_Init_Block

BL   Reset_Handler

BL   Undefined_Handler

BL   SWI_Handler

BL   Prefetch_Handler

BL   Abort_Handler

NOP

BL   IRQ_Handler

BL   FIQ_Handler


0 ?( s6 c) O9 [: |" E* `0 A

使用LDR指令

Vector_Init_Block

LDR  PC, Reset_Addr

LDR  PC, Undefined_Addr

LDR  PC, SWI_Addr

LDR  PC, Prefetch_Addr

LDR  PC, Abort_Addr

NOP

LDR  PC, IRQ_Addr

LDR  PC, FIQ_Addr

: U( I+ _* ]# \

Reset_Addr       DCD     Start_Boot

Undefined_Addr  DCD     Undefined_Handler   

SWI_Addr          DCD     SWI_Handler

Prefetch_Addr    DCD     Prefetch_Handler

Abort_Addr        DCD     Abort_Handler

NOP

IRQ_Addr          DCD     IRQ_Handler

FIQ_Addr           DCD    FIQ_Handler


" S! c! @2 p% v  s

2地址0x0为RAM

中断向量表必须使用数据读取指令直接向PC中赋值的形式。而且必须使用下面的代码把中断向量表从ROM中复制到RAM的地址0x0处。

        MOV   R8, #0   

        ADR    R9,Vector_Init_Block

;复制中断向量表(8字节)

        LDMIA R9!,{R0-R7}

        STMIA R8!,{R0-R7}

;复制中断处理函数地址表（8字节）

        LDMIA R9!,{R0-R7}

        STMIA R8!,{R0-R7}


0 y" L" B) \$ S' T

9.3.2 在C程序中注册异常中断处理程序

中断向量表中使用跳转指令

1、读取中断处理程序的地址

2、从上一步得到的地址中减去异常中断对应的中断向量地址

3、从上一步得到的地址中减去8，以允许指令预取

4、将上一步得到的地址右移2位，得到以字为单位的偏移量

5、确保上一步得到的地址值高8位为0，因为跳转指令只允许24位的偏移量

6、将上一步得到的地址与数据0xea00 0000作逻辑或，从而得到将要写的中断向量表中的跳转指令的编码

unsigned Install_Handler (unsigned routine ,unsigned *vector)

//vector中断向量表，routine中断处理程序

//程序返回原来的中断向量

{  

      unsigned vec,oldvec;

      vec=((routine-(unsigned)vector-0x8)>>2);

      if(vec&0xff000000)

      {

        printf("Installation of Handler failed!");

        exit(1);

       }

       vec=0xea00 0000|vec;

       oldvec=*vector;

       *vector=vec;

       return oldvec;

}

//下面语句调用中断注册函数

unsigned *irqvec=(unsigned *)0x18;

Install_Handler ((unsigned)IRQHandler,irqvec);

7 Q' B: _; _4 d- K$ c6 T8 X

中断向量表使用数据读取指令注册

1、读取中断处理程序的地址

2、从上一步得到的地址中减去异常中断对应的中断向量地址

3、从上一步得到的地址中减去8，以允许指令预取

4、将上一步得到的地址与数据0xe59f f000作逻辑或，从而得到将要写的中断向量表中的跳转指令的编码

unsigned Install_Handler (unsigned location ,unsigned *vector)

//vector中断向量表，location目标地址

//程序返回原来的中断向量

{  

      unsigned vec,oldvec;

      vec=(location-(unsigned)vector-0x8) |0xe59ff000;

        oldvec=*vector;

       *vector=vec;

       return oldvec;

}

//下面语句调用中断注册函数

unsigned *irqvec=(unsigned *)0x18;

Install_Handler ((unsigned)IRQHandler,irqvec);

+ E( f5 X7 E" w- H$ o( E
作者: xiaogegepcb    时间: 2021-1-28 18:37
ARM体系结构与编程学习（11）



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