ARM体系结构与编程学习(十一)

来源:互联网 发布:微博值得关注的人 知乎 编辑:程序博客网 时间:2024/06/03 00:03

第九章 ARM异常中断处理

 

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。

 

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

 

9.2异常中断响应过程

 

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、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

 

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

 

返回

MOV  PC,LR

 

 

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

 

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

 

返回

MOVS  PC,LR

 

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

 

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

 

返回

MOVS  PC,LR

 

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

 

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

 

返回

SUBS  PC,LR,#4

 

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

 

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

 

返回

SUBS  PC,LR,#8

 

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

 

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

 

返回

SUBS  PC,LR,#4

 

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

 

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

 

返回

SUBS  PC,LR,#4

 

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

 

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

 

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

 

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

 

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

 

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}

  

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);

 

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);

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