武漢創(chuàng)維特ARM教學(xué)系統(tǒng)-06 異常中斷處理.ppt

1、嵌入式系統(tǒng)教案,武漢創(chuàng)維特信息技術(shù)有限公司,2020/8/28,2,提綱,1,3,2,ARM 異常中斷處理概述,中斷處理程序的安裝,第六章 異常中斷處理,異常的響應(yīng)和退出,各種異常中斷的處理,4,3,ARM異常中斷處理概述,當(dāng)正常的程序執(zhí)行流程發(fā)生暫時(shí)的停止時(shí)，稱之為異常，例如處理一個(gè)外部的中斷請(qǐng)求。在處理異常之前，當(dāng)前處理器的狀態(tài)必須保留，這樣當(dāng)異常處理完成之后，當(dāng)前程序可以繼續(xù)執(zhí)行。處理器允許多個(gè)異常同時(shí)發(fā)生，它們將會(huì)按固定的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行處理。 ARM體系結(jié)構(gòu)中的異常，與8位/16位體系結(jié)構(gòu)的中斷有很大的相似之處，但異常與中斷的概念并不完全等同。,ARM異常中斷處理概述,4,ARM體系結(jié)構(gòu)所

2、支持的異常類型,ARM異常中斷處理概述,5,異常向量表（Exception Vectors）,ARM異常中斷處理概述,6,異常優(yōu)先級(jí)（Exception Priorities）,ARM異常中斷處理概述,7,對(duì)異常的響應(yīng),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 將下一條指令的地址存入相應(yīng)連接寄存器LR，以便程序在處理異常返回時(shí)能從正確的位置重新開(kāi)始執(zhí)行。 將CPSR復(fù)制到相應(yīng)的SPSR中。 根據(jù)異常類型，強(qiáng)制設(shè)置CPSR的運(yùn)行模式位。 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。,對(duì)異常的響應(yīng),8,異常響應(yīng)偽代碼,處理器處于Thumb狀態(tài)，則當(dāng)異常

3、向量地址加載入PC時(shí)，處理器自動(dòng)切換到ARM狀態(tài)。ARM微處理器對(duì)異常的響應(yīng)過(guò)程用偽碼可以描述為： R14_ = Return Link SPSR_ = CPSR CPSR4:0 = Exception Mode Number CPSR5 = 0 If = Reset or FIQ then CPSR6 = 1 CPSR7 = 1 PC = Exception Vector Address,對(duì)異常的響應(yīng),9,從異常返回,異常處理完畢之后，ARM微處理器會(huì)執(zhí)行以下幾步操作從異常返回： 將連接寄存器LR的值減去相應(yīng)的偏移量后送到PC中。 將SPSR復(fù)制回CPSR中。 若在進(jìn)入異常處理時(shí)設(shè)置了中斷禁

4、止位，要在此清除。 可以認(rèn)為應(yīng)用程序總是從復(fù)位異常處理程序開(kāi)始執(zhí)行的，因此復(fù)位異常處理程序不需要返回。,對(duì)異常的響應(yīng),10,中斷處理程序的安裝,一般在系統(tǒng)的啟動(dòng)代碼中安裝異常處理程序。大致可以分為兩種情況： 0地址處存儲(chǔ)器為ROM/FLASH 0地址處存儲(chǔ)器為RAM,中斷處理程序的安裝,11,在ROM/FLASH中安裝中斷處理程序,在ROM/FLASH的異常中斷向量表中，可以使用LDR指令直接向程序計(jì)數(shù)器PC中賦值，也可以直接使用跳轉(zhuǎn)指令轉(zhuǎn)到異常中斷處理程序。 使用LDR指令： Vector_entry: LDRPC, Reset_Handle LDRPC, Undef_Handle LDRP

5、C, SWI_Handle,中斷處理程序的安裝,12,在ROM/FLASH中安裝中斷處理程序,LDRPC, Prefetch_Handle LDRPC, Abort_Handle NOP LDRPC, IRQ_Handle LDRPC, FIQ_Handle Vector_table: Reset_Handle: .LONGStart_Boot Undef_Handle: .LONGUndef_Isr ,中斷處理程序的安裝,13,在ROM/FLASH中安裝中斷處理程序,使用跳轉(zhuǎn)指令： Vector_entry: BReset_Handle BUndef_Handle BSWI_Handle B

6、Prefetch_Handle BAbort_Handle NOP BIRQ_Handle BFIQ_Handle,中斷處理程序的安裝,14,RAM中安裝中斷處理程序,當(dāng)0地址處為RAM時(shí)，中斷向量表必須使用數(shù)據(jù)讀取指令直接指向PC中賦值的形式。而且必須把中斷向量從ROM中復(fù)制到RAM地址的0地址處。 MOVr8, #0 ADRr9, Vector_Init_Block LDMIAr9!, r0-r7 STMIAr8!, r0-r7,中斷處理程序的安裝,15,在C程序中安裝異常中斷處理程序,中斷向量表使用數(shù)據(jù)處理指令的情況 在中斷向量vector處安裝location處指向的處理程序 unsi

7、gned ist_handler( unsigned location, unsigned *vector) unsigned vec, oldvec; vec = (location (unsigned)vector 0 x08) | 0 xe59ff000; oldvec = *vector; *vector = vec; return oldvec; ,中斷處理程序的安裝,16,在C程序中安裝異常中斷處理程序,中斷向量表使用跳轉(zhuǎn)指令的情況 在中斷向量vector處安裝routine處理程序 unsigned ist_handler( unsigned routine, unsigned

8、*vector) unsigned vec, oldvec; vec = (routine (vector 0 x08)2); vec = 0 xea000000 | vec; oldvec = *vector; *vector = vec; return oldvec; ,中斷處理程序的安裝,17,ABORT（中止）,產(chǎn)生中止異常意味著對(duì)存儲(chǔ)器的訪問(wèn)失敗。ARM微處理器在存儲(chǔ)器訪問(wèn)周期內(nèi)檢查是否發(fā)生中止異常。 中止異常包括兩種類型： 指令預(yù)取中止：發(fā)生在指令預(yù)取時(shí)。 數(shù)據(jù)中止：發(fā)生在數(shù)據(jù)訪問(wèn)時(shí)。,各種異常中斷的處理,18,指令預(yù)取異常中斷的處理,系統(tǒng)中不包含MMU時(shí)，指令預(yù)取中止異常處理程序

9、只是簡(jiǎn)單的報(bào)告錯(cuò)誤，然后退出； 在使用MMU的系統(tǒng)中，則發(fā)生錯(cuò)誤的指令觸發(fā)虛擬地址失效，在該失效處理程序中重新讀取該指令。指令預(yù)取異常是在有錯(cuò)誤的指令被執(zhí)行時(shí)才觸發(fā)的。當(dāng)異常發(fā)生時(shí)，Lr_abt寄存器沒(méi)有被更新，它指向引起該指令的后面1條指令。 異常的返回地址應(yīng)該是該有問(wèn)題的指令，即Lr_abt4處。,各種異常中斷的處理,19,數(shù)據(jù)訪問(wèn)異常中斷的處理,系統(tǒng)中不包含MMU時(shí)，數(shù)據(jù)訪問(wèn)中止異常處理程序只是簡(jiǎn)單的報(bào)告錯(cuò)誤，然后退出； 在使用MMU的系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)訪問(wèn)中止異常處理程序要處理該數(shù)據(jù)訪問(wèn)異常。當(dāng)異常發(fā)生時(shí)，Lr_abt寄存器已經(jīng)被更新，它指向引起該異常的指令的后面2條指令。 異常的返回地址是

10、引起數(shù)據(jù)訪問(wèn)中止異常中斷的指令，即Lr_abt8處。,各種異常中斷的處理,20,ABORT（中止）處理函數(shù)的退出,當(dāng)確定了中止的原因后，Abort處理程序均可以執(zhí)行以下指令從中止模式返回，無(wú)論是在ARM狀態(tài)還是Thumb狀態(tài)： SUBS PC, R14_abt, #4；指令預(yù)取中止 SUBS PC, R14_abt, #8；數(shù)據(jù)中止,各種異常中斷的處理,21,FIQ（Fast Interrupt Request）,FIQ異常是為了支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸或者通道處理而設(shè)計(jì)的。 若將CPSR的F位置為1，則會(huì)禁止FIQ中斷，若將CPSR的F位清零，處理器會(huì)在指令執(zhí)行時(shí)檢查FIQ的輸入。注意只有在特權(quán)模式下才

11、能改變F位的狀態(tài)。 可由外部通過(guò)對(duì)處理器上的nFIQ引腳輸入低電平產(chǎn)生FIQ。不管是在ARM狀態(tài)還是在Thumb狀態(tài)下進(jìn)入FIQ模式，F(xiàn)IQ處理程序均可以執(zhí)行以下指令從FIQ模式返回： SUBS PC,R14_fiq ,#4,各種異常中斷的處理,22,IRQ（Interrupt Request）,IRQ異常屬于正常的中斷請(qǐng)求，可通過(guò)對(duì)處理器的nIRQ引腳輸入低電平產(chǎn)生，IRQ的優(yōu)先級(jí)低于FIQ，當(dāng)程序執(zhí)行進(jìn)入FIQ異常時(shí)，IRQ可能被屏蔽。 若將CPSR的I位置為1，則會(huì)禁止IRQ中斷，若將CPSR的I位清零，處理器會(huì)在指令執(zhí)行完之前檢查IRQ的輸入。注意只有在特權(quán)模式下才能改變I位的狀態(tài)。

12、不管是在ARM狀態(tài)還是在Thumb狀態(tài)下進(jìn)入IRQ模式，IRQ處理程序均可以執(zhí)行以下指令從IRQ模式返回： SUBS PC , R14_irq , #4,各種異常中斷的處理,23,IRQ/FIQ處理程序示例,STMFDsp!, r0-r12, lr 調(diào)用IRQ/FIQ處理程序 LDMFDsp!, r0-r12, lr SUBSpc, lr, #4,各種異常中斷的處理,24,Undefined Instruction(未定義指令),當(dāng)ARM處理器遇到不能處理的指令時(shí)，會(huì)產(chǎn)生未定義指令異常。采用這種機(jī)制，可以通過(guò)軟件仿真擴(kuò)展ARM或Thumb指令集。 處理器執(zhí)行以下程序返回，無(wú)論是在ARM狀態(tài)還是

13、Thumb狀態(tài)： MOVS PC, R14_und 以上指令恢復(fù)PC（從R14_und）和CPSR（從SPSR_und）的值，并返回到未定義指令后的下一條指令。,各種異常中斷的處理,25,SWI(軟件中斷),軟件中斷指令（SWI）用于進(jìn)入管理模式，常用于請(qǐng)求執(zhí)行特定的管理功能。軟件中斷處理程序執(zhí)行以下指令可以從SWI模式返回，無(wú)論是在ARM狀態(tài)還是Thumb狀態(tài)： MOVS PC , R14_svc 以上指令恢復(fù)PC（從R14_svc）和CPSR（從SPSR_svc）的值，并返回到SWI的下一條指令。,各種異常中斷的處理,26,SWI一級(jí)處理程序,STMFDsp!, r0-r12, lr LDR r0, lr, #-4 BICr0, r0, #0 xFF000000 在此調(diào)用二級(jí)處理程序 LDMFDsp！， r0-r12, lr,各種異常中斷的處理,27,SWI二級(jí)處理程序,CMPr0, #maxSWI LDRLSpc, pc, r0, LSL #2 B SWIOutofRange S