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ARM异常处理小结

2013-5-24 10:30:42 2295 存储器

作者：武汉华嵌嵌入式培训中心讲师方世文

异常就是正在执行的指令，由于各种软件或硬件故障被打断，比如，在读数据或指令时，访问存储器失败、产生了一个外部硬件中断等。当这些情况发生时，在ARM系统里，由异常和中断处理程序做出相应的处理，当处理完成后，要返回到被中止的指令，使被中止的指令能够继续正常执行下去。因此，确定异常和中断处理程序的返回地址是一个非常重要的问题。
下面是中断异常入口、返回指令、返回地址的一个表，ARM R14_x 是发生中断时保存到R14的返回地址，pc指的是发生了中断的那条指令的地址。

异常或入口	返回指令	ARM R14_x
BL	MOV PC,R14	PC+4
SWI	MOVS PC,R14_svc	PC+4
未定义的指令	MOVS PC,R14_und	PC+4
预取指中止	SUBS PC,R14_abt,#4	PC+4
快中断	SUBS PC,R14_fiq,#4	PC+4
中断	SUBS PC,R14_irq,#4	PC+4
数据中止	SUBS PC,R14_abt,#8	PC+8

中断处理

当外部中断IRQ和FIQ(Fast Interrpt Request,快速中断请求)发生时，ARM核完成一部分工作。当然，这些工作是任何异常发生时都必须要做的，所以ARM处理器就会自动带我们完成。其它重要的工作，必须由程序员来完成。ARM处理器处理的事包括从用户模式切换到IRQ模式、状态寄存器值的变化及跳转。比如说，处理器自动跳转到从0x0地址开始的异常中断向量表的0x18处，在向量表的0x18处，最简单的指令为”B HandlerIRQ”。

那程序员所要关心的就是实现具体的异常处理程序(HandlerIRQ)。当用ARM汇编语言实现HandlerIRQ函数的时候，如何确定HandlerIRQ函数正确地返回地址，使被中止的指令能够继续正常执行下去。

比较常用的中断处理程序结构如下：

HandlerIRQ ；中断响应，从向量表直接跳来

SUB R14,R14,#4 ；计算返回地址

STMFD R13,{R0-R3,R14} ；保护现场，一般只需要保护{R0-R3,LR}

BL irqHandler ；跳到具体的异常处理函数

LDMFD R13,{R0-R3,PC}^ ；恢复现场

有程序可以看出，通过”SUB R14,R14,#4”计算中断函数的返回地址。那有人一定会问，为什么计算返回地址的时候要减去4呢？

地址指令

0x100 MOV R0,#0x00

0x104 MOV R0,#0x00

0x108 MOV R1,#0x01

0x10C MOV R2,#0x02

看上个代码片段，比如在执行地址为0x104的MOV指令时，突然来了一个IRQ中断，这个中断打断了MOV指令的执行，这个时候就要去跳转到异常处理函数，之后还要返回0x104地址重新执行MOV指令。当中断发生时，LR里面保存了用户模式下PC的值，那么当执行地址为0x104的MOV指令时，PC的值应该是0x10C，前面介绍过，当发生跳转时，处理器会对LR进行一个自动的更新动作：LR=LR-0x4，这样LR里面的地址是0x10C-0x04=0x108。但是0x108并不是我们要的地址，因为中断发生在地址为0x104的MOV指令执行的时候，所以中断处理完后应该返回这个地址。这就是在计算返回地址的时候LR减去4的原因。对于FIQ中断和预取指中止异常，计算返回地址方法和IRQ相同。