嵌入式裸板开发之中断与异常（一）
嵌入式裸板开发之中断与异常（一）
1.ARM对于异常（中断）的使用过程 （1）初始化：设置中断源让它产生中断；设置中断控制器（屏蔽，优先级）；设置CPU总开关（使能中断） （2）执行程序 （3）产生中断 （4）CPU每执行完一条指令，都会检查有无中断/异常产生。 （5）发现有中断/异常产生，开始处理。对于不同的异常，会跳去不同的地址执行程序。这些地址上，只是一条跳转指令，跳去执行某个函数。 （6）这些函数做：保存现场（各类寄存器）；处理异常，再调用不同的函数；恢复现场 PS：中断程序怎么被调用？CPU强制跳转到某个地方，在该地方放置跳转指令跳转到其他函数，其他函数来做（6）中的事情。 2.CPU模式（mode）状态（state）与寄存器 （1）ARM CPU七种模式：USR(用户模式)，SYS（系统模式），异常模式。其中，异常模式又分为UND（未定义模式）,SVC(管理模式)，ABT(中止模式),IRQ(中断模式)，FIQ(快中断模式)。除了USR模式外，其他模式之间都可以随意切换，被称为特权模式，可以直接操作CPSR寄存器进入其他模式。
（2）CPU有两种state：ARM STATE下用ARM指令集，每个指令占据4字节。THUMB STATE下用thumb指令集，每个指令2字节。同样的代码编译成ARM指令集和THUMB指令集占据的字节不同,因此，THUMB指令集更加高效。 （3）在七种模式下，都可以访问到r0到r15寄存器。灰色的三角形表示这个模式下专属的寄存器，同样的代码在不同模式下访问的寄存器可能不同。五个模式下，都最少有r13和r14两个专属寄存器，r13用作栈，r14为lr寄存器，用作保存发生异常时指令地址。
（4）CPSR（Current Program Status Register）/SPSR（Saved Program Status Register）寄存器如上图。CPSR在任何处理器模式下被访问。它包含了条件标志位、中断禁止位、当前处理器模式标志以及其他的一些控制和状态位。每一种处理器模式下都有一个专用的物理状态寄存器，称为SPSR（备份程序状态寄存器）。当特定的异常中断发生时，这个寄存器用于存放当前程序状态寄存器的内容。在异常中断退出时，可以用SPSR来恢复CPSR。由于用户模式和系统模式不是异常中断模式，所以他没有SPSR。当用户在用户模式或系统模式访问SPSR，将产生不可预知的后果。SPSR用于保存CPSR的状态，以便异常返回后恢复异常发生时的工作状态。 （5）M4-M0表示当前CPU处于哪一种模式，M4-M0值所对应的含义如下表。BIT5 表示CPU工作于ARM STATE还是THUMB STATE。BIT6为1所有的FIQ禁止。BIT7为1禁止所有IRQ.BIT27-28保留位。BIT31-BIT28为状态位。
（6）进入异常处理 a.相应链接寄存器(LR寄存器)保存下条指令的地址。如果在ARM 状态进入异常，下条指令的地址将会复制到链接寄存器（当前PC+4 或PC+8，由异常决定。详情见表2-2）中。如果在Thumb 状态进入异常，写入链接寄存器的值则为当前PC 偏移一个值，这样异常返回后程序能从正确的位置恢复。这意味着异常处理不需要确定异常是从什么状态进入的。例如，在SWI 的情况，无论是在ARM 状态还是Thumb 状态执行SWI，MOVS PC,R14_svc 语句都将返回到下一条指令。 b.复制CPSR 的内容到相应SPSR 中。 c.根据异常类型强制将CPSR 模式位设为某一个值。 d. 强制PC 从相关异常向量处取下条指令。通常也会置位中断禁止标志位，以防止不同的难处理的异常嵌套。如果一个异常发生时处理器处于Thumb 状态，当装载异常向量地址到PC 时会自动切换到ARM 状态。 （7）离开异常处理 当异常结束，异常处理程序将会： a. 将链接寄存器(LR寄存器)适当减去一个偏移量并放入到PC 中。（偏移量由异常类型决定） b. 复制SPSR 的内容返回给CPSR 中。 c. 如果在异常进入时置位了中断禁止标志位异常，清除中断禁止标志位。 注意：不需要在异常结束时切换回Thumb 状态，因为在异常前会立刻保存CPSR 中T 位的值到SPSR 中，并在退出异常时从SPSR 恢复到CPSR 中。
