中斷異常處理流程

1、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中，異?；蛘咧袛嗍翘幚硐到y(tǒng)中突發(fā)事件的一種機(jī)制，幾乎所有的處理器都提供這種機(jī)制。異常主要是從處理器被動(dòng)接受的角度出發(fā)的一種描述，指意外操作引起的異常。而中斷則帶有向處理器主動(dòng)申請(qǐng)的意味。但這兩種情況具有一定的共性，都是請(qǐng)求處理器打斷正常的程序執(zhí)行流程，進(jìn)入特定程序的一種機(jī)制。若無(wú)特別說(shuō)明，對(duì)“異常”和“中斷”都不作嚴(yán)格的區(qū)分。本文結(jié)合經(jīng)過(guò)實(shí)際驗(yàn)證的代碼對(duì)ARM葉斷處理流程進(jìn)行分析，并設(shè)計(jì)出基于S3c2410芯片的外部中斷處理程序。1. 異常中斷響應(yīng)和返回系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，異?？赡軙?huì)隨時(shí)發(fā)生。當(dāng)一個(gè)異常出現(xiàn)以后，ARM微處理器會(huì)執(zhí)行以下幾步操作：1) 將下一條指令的地址存入相應(yīng)連接寄存器

2、LR,以便程序在處理異常返回時(shí)能從正確的位置重新開始執(zhí)行。2) 將CPS立制到相應(yīng)的SPSR中。3) 根據(jù)異常類型，強(qiáng)制設(shè)置CPSR勺運(yùn)行模式位。4) 強(qiáng)制PC從相關(guān)的異常向量地址取下一條指令執(zhí)行，從而跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的異常處理程序處。這些工作是由ARM內(nèi)核完成的，不需要用戶程序參與。異常處理完畢之后，ARMB處理器會(huì)執(zhí)行以下幾步操作從異常返回：5) 將連接寄存器LR的值減去相應(yīng)的偏移量后送到PC中。6) 將SPSRM制回CPS印。7) 若在進(jìn)入異常處理時(shí)設(shè)置了中斷禁止位，要在此清除。這些工作必須由用戶在中斷處理函數(shù)中實(shí)現(xiàn)。為保證在ARM處理器發(fā)生異常時(shí)不至于處于未知狀態(tài)，在應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)中，首先要

3、進(jìn)行異常處理。采用的方式是在異常向量表中的特定位置放置一條跳轉(zhuǎn)指令，跳轉(zhuǎn)到異常處理程序。當(dāng)ARMfe理器發(fā)生異常時(shí)，程序計(jì)數(shù)器PC會(huì)被強(qiáng)制設(shè)置為對(duì)應(yīng)的異常向量，從而跳轉(zhuǎn)到異常處理程序。當(dāng)異常處理完成以后，返回到主程序繼續(xù)執(zhí)行?？梢哉J(rèn)為應(yīng)用程序總是從復(fù)位異常處理程序開始執(zhí)行的，因此復(fù)位異常處理程序不需要返回。2. 異常處理程序設(shè)計(jì)2.1異常響應(yīng)流程由于向量表的限制，只能有一條指令B完成32MB范圍內(nèi)的跳轉(zhuǎn)，并不能保證所有的異常處理函數(shù)都位于32MB范圍內(nèi)。為了擴(kuò)展跳轉(zhuǎn)范圍，需要二次跳轉(zhuǎn)才能把異常處理函數(shù)的地址傳送給PQ異常處理調(diào)用關(guān)系如圖1所示。三星公司網(wǎng)站提供了test241011軟件包，其中

4、2410init.s有如下代碼:HandlerXXXsub sp,sp,#4 ;stmfd sp!,r0;減少sp，保存跳轉(zhuǎn)地址將工作寄存器壓入堆棧ldr r0,=HandleXXX ;ldr r0,r0;str r0,sp,#4;Idmfd sp!,r0,pc;將HandleXXX地址放入r0將中斷程序入口地址放入r0將中斷程序入口地址壓入堆棧將工作寄存器和中斷程序入口地址彈出到r0和PC圖1異常處理調(diào)用并且在RAW定義了存有中斷程序入口地址表_ISR_STARTADDRESSAREARamData,DATA,READWRITEA_ISR_STARTADDRESSHandleReset#4H

5、andleUndef#4HandleSWI#4HandlePabort#4HandleDabort#4HandleReserved#4HandlelRQ#4HandleFIQ#4通常HandlerXXX位于程序入口地址32MB范圍內(nèi)，HandleXXX是以_ISR_STARTADDRESS基地址的RAM43地址。該代碼主要實(shí)現(xiàn)跳轉(zhuǎn)功能，把異常處理程序地址HandleXXX送到PC中。例如產(chǎn)生IRQ中斷時(shí)，PC會(huì)被強(qiáng)制設(shè)置為0x18,執(zhí)行指令：bHandlerIRQ在HandlerIRQ程序段內(nèi)，處理器做一些必要的處理，就會(huì)將_ISR_STARTADDRESS表中存放的IRQ入口地址送入PC,然

6、后開始執(zhí)行相關(guān)中斷程序。由于_ISR_STARTADDRESS表存放在RAM,后面的C語(yǔ)言程序可以方便地更改相關(guān)中斷服務(wù)程序的內(nèi)容。2.2 異常分支系統(tǒng)可能存在多個(gè)IRQ/FIQ的中斷處理程序。為了從向量表入口處的跳轉(zhuǎn)最終能找到正確的中斷處理程序，需要設(shè)計(jì)一套處理機(jī)制和方法來(lái)實(shí)現(xiàn)?？梢栽贏RM勺異常向量表之外，增加一張關(guān)聯(lián)中斷控制器的向量表，向量表中的內(nèi)容對(duì)應(yīng)每個(gè)具體的中斷源，可以協(xié)助跳轉(zhuǎn)到不同的中斷處理程序。當(dāng)響應(yīng)外設(shè)的一個(gè)中斷請(qǐng)求時(shí)，首先觸發(fā)ARM核的中斷，進(jìn)人中斷程序，再通過(guò)中斷控制器識(shí)別中斷源，使PC能夠自動(dòng)獲得中斷處理程序的地址。有的芯片支持特殊的硬件分支功能，依據(jù)中斷源自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到向

7、量表的相應(yīng)地址，多數(shù)情況下是用軟件來(lái)處理異常分支。在S3c2410體系中，中斷的調(diào)用可以看成是經(jīng)歷了2次“中斷向量表”的查詢。2410init.s中的以下代碼完成功能就是查詢中斷偏移寄存器INTOFFSET得到當(dāng)前中斷的中斷號(hào)，并根據(jù)中斷號(hào)再調(diào)用相關(guān)的中斷服務(wù)程序。IsrIRQsubsp,sp,#4stmfdsp!,r8-r9ldrr9,=INTOFFSETldrr9,r9ldrr8,=HandleEINT0addr8,r8,r9,lsl#2ldrr8,r8strr8,sp,#8ldmfdsp!,r8-r9,pc為了方便C程序使用中斷，將IsrIRQ設(shè)為IRQ的中斷服務(wù)程序。ldrr0,=Ha

8、ndleIRQldrr1,=IsrIRQstrr1,r0其中HandleEINT0是用戶自己開辟的一塊存儲(chǔ)空間的起始地址，后面按次序存放中斷異常處理程序的地址，也可以理解為二級(jí)中斷向量表。IsrIRQ從中斷控制器處獲取中斷源信息，然后再?gòu)亩?jí)中斷向量表中的對(duì)應(yīng)地址單元得到異常中斷處理程序的入口地址，完成異常響應(yīng)的跳轉(zhuǎn)。二級(jí)中斷向量表一般位于HandleFIQ的后面，也就是以_ISR_STARTADDRESS0x20為起始地址，這里定義了S3C2410處理器所有中斷源的相關(guān)中斷處理處理程序入口。這種方法的好處是用戶程序在運(yùn)行過(guò)程中能夠動(dòng)態(tài)改變異常向量。2.3 中斷函數(shù)設(shè)計(jì)為了方便高級(jí)語(yǔ)言設(shè)計(jì)中斷

9、處理函數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)的ARM旨令編譯器提供了一個(gè)用來(lái)聲明中斷處理函數(shù)的關(guān)鍵字-irq,使用此關(guān)鍵字聲明的函數(shù)可以被編譯器識(shí)別為中斷處理函數(shù)。編譯后的代碼在處理異常事件前保存現(xiàn)場(chǎng)信息，處理異常事件后對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信息進(jìn)行恢復(fù)。中斷函數(shù)設(shè)計(jì)如下：staticvoid_irqEint31nt(void)ClearPending(BIT_EINT3);Uart_Printf(EINT3interruptisoccurred.n);num_int=3;設(shè)置標(biāo)志位定義中斷處理程序入口地址：#definepISR_EINT3(*(unsigned*)(_ISR_STARTADDRESS+0x2c)在初始化程序，引用代碼p

10、ISR_EINT3=(U32)Eint31nt,即可定義地址_ISR_STARTADDRESS+0x2c容是日nt31nt的地址，外部中斷3產(chǎn)生請(qǐng)求時(shí)即可調(diào)用中斷處理函數(shù)日nt31nt。3. 外中斷初始化程序設(shè)計(jì)S3c2410X的中斷控制寄存器能接收來(lái)自56個(gè)中斷源的請(qǐng)求。內(nèi)部的外圍模塊和外部管腳產(chǎn)生的多個(gè)中斷請(qǐng)求通過(guò)中斷控制器沖裁后，向ARM920版發(fā)出FIQ或者IRQ中斷。ARWJ核只有2個(gè)外部中斷輸入信號(hào)nIRQ和nFIQ,在具體嵌入式系統(tǒng)中，需要用中斷控制器管理多個(gè)外部中斷源，選擇其中一個(gè)中斷，通過(guò)nIRQ或nFIQ向ARMJ核發(fā)出中斷請(qǐng)求，如圖2所示。圖2FIQ/IRQ中斷處理過(guò)程A

11、RM920T內(nèi)核可以識(shí)別正常中斷請(qǐng)求和快速中斷請(qǐng)求兩種類型的外部中斷，中斷的行為模式由中斷控制器來(lái)設(shè)置。S3c2410X的中斷控制器包括6類寄存器：中斷源狀態(tài)寄存器、中斷模式寄存器、中斷屏蔽寄存器、優(yōu)先級(jí)寄存器、中斷狀態(tài)寄存器，以及中斷偏移寄存器。在初始化程序中，需要選擇相應(yīng)管腳的功能，在此定義GPF3為EINT3模式，通過(guò)外部中斷控制寄存器EXTINT0設(shè)定EINT3是下降沿觸發(fā)方式，通過(guò)設(shè)置中斷源懸掛寄存器SRCPND中斷懸掛寄存器INTPND和中斷屏蔽寄存器INTMSKFF啟EINT3。中斷模式寄存器和中斷優(yōu)先級(jí)寄存器采用系統(tǒng)默認(rèn)方式。具體代碼實(shí)現(xiàn)如下:voidEint_Init(void)rGPFCON=(rGPFCON&0x3f0c)|(17);rEXTINTO=(rEXTINTO&(0x712)|0x212;pISR_EINT3=(U32)Eint3Int;rSRCPND=BIT_EINT3;rINTPND=BIT_EINT3;rINTMS