【文章內容簡介】 2022/4/14 46 1 對異常的響應 ? 當出現(xiàn)異常后， ARM處理器會執(zhí)行以下操作 – 1 將 CPSR復制 到相應的 SPSR中 – 2 對 CPSR進行 設置 ? 根據(jù)異常類型，強制設置 CPSR的工作模式位 ? 設置中斷禁止位，以禁止中斷發(fā)生 ? 如果處理器處于 Thumb狀態(tài)，則 切換到 ARM狀態(tài) – 3 將下一條指令的地址存入相應鏈接寄存器 LR ? LR中保存的是 下一條指令 的地址（ 當前執(zhí)行指令 地址＋ 4或＋8，與異常類型有關） – 4 強制 PC從相關的異常向量地址 取下一條指令執(zhí)行 ，從而跳轉到相應的異常處理程序處 2022/4/14 47 1 對異常的響應（續(xù)） ? ARM處理器對異常的響應過程用 偽碼 描述為 – SPSR_Exception_Mode = CPSR – CPSR[4:0] = Exception Mode Number – CPSR[5] = 0 。 切換到 ARM工作狀態(tài) – If Exception_Mode == Reset or FIQ then – CPSR[6] = 1 。 禁止新的 FIQ異常 – CPSR[7] = 1 。 禁止新的 IRQ異常 – R14_Exception_Mode = Return Link – PC = Exception Vector Address CPU自動完成 2022/4/14 48 程序 A IRQ服務程序 系統(tǒng)模式 IRQ模式 程序 寄存器組 程序在系統(tǒng)模式下運行用戶程序，假定當前處理器狀態(tài)為Thumb狀態(tài)、允許 IRQ中斷 用戶程序運行時發(fā)生 IRQ中斷，硬件完成以下動作： LR_sys SPSR_irq LR_irq LR PC CPSR SPSR SYS 1 ? 0 . . . ? ? ? ? MOD T F I . . . N Z C V ?置位 I位（禁止 IRQ中斷） ?清零 T位（進入 ARM狀態(tài)） ?設置 MOD位， 切換 處理器模式至 IRQ模式 ?將下一條指令的地址 存入IRQ模式的 LR寄存器 ?將 CPSR寄存器內容 存入IRQ模式的 SPSR寄存器 ?將跳轉地址存入 PC，實現(xiàn) 跳轉 IRQ01BackAddr JumpAddr SYS 1 ? 0 . . . ? ? ? ? “?”表示對該位不關心 2022/4/14 49 2 從異常返回 ? 異常處理完畢之后， ARM微處理器會執(zhí)行以下幾步操作從異常返回 – 將 SPSR復制回 CPSR中 – 將鏈接寄存器 LR的值 減去相應偏移量 后送到 PC中 ? 注意 –復位異常處理程序不需要返回 編程（指令）完成 2022/4/14 50 在異常處理結束后，異常處理程序完成以下動作： 程序 A IRQ服務程序 系統(tǒng)模式 IRQ模式 程序 寄存器組 LR_sys SPSR_irq LR_irq LR PC CPSR SPSR SYS 1 ? 0 . . . ? ? ? ? MOD T F I . . . N Z C V ?將 SPSR寄存器的值 復制回 CPSR寄存器； ?將 LR寄存的值減去一個常量后復制到 PC寄存器，跳轉 到被中斷的用戶程序。 IRQ01BackAddr JumpAddr return SYS 1 ? 0 . . . ? ? ? ? BackAddr4 “?”表示對該位不關心 2022/4/14 51 3 各類異常的具體描述 ? 復位的響應過程 – SPSR_svc = CPSR （不可預知） – CPSR[4:0] = 0b10011 – CPSR[5] = 0 。 切換到 ARM工作狀態(tài) – CPSR[6] = 1 。 禁止新的 FIQ異常 – CPSR[7] = 1 。 禁止新的 IRQ異常 – R14_svc = Return Link（不可預知） – PC = 0x00000000 2022/4/14 52 3 各類異常的具體描述（續(xù)） ? Undefined Instruction(未定義指令 ) –當 ARM處理器遇到 不能處理的指令 時，會產生未定義指令異常 ? 采用這種機制，可以通過軟件仿真擴展 ARM或Thumb指令集 –在未定義指令處理程序中執(zhí)行以下指令返回 ? MOVS PC, R14_und ? 恢復 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 –指令加后綴“ S‖且目的寄存器為 PC則自動復制 2022/4/14 53 3 各類異常的具體描述（續(xù)） ? 未定義指令異常的響應過程 – SPSR_und = CPSR – CPSR[4:0] = 0b11011 – CPSR[5] = 0 。 切換到 ARM工作狀態(tài) – // CPSR[6]保持不變 – CPSR[7] = 1 。 禁止新的 IRQ異常 – R14_und = Return Link – PC = 0x00000004 2022/4/14 54 3 各類異常的具體描述（續(xù)） ? Software Interrupt(軟件中斷 ) –軟件中斷指令（ SWI）用于進入管理模式 ，常用于請求執(zhí)行特定的管理功能 ? 在 ARM 上寫的操作系統(tǒng)典型的使用 SWI 來為編程者提供各種例程 –在軟件中斷處理程序中執(zhí)行以下指令返回 ? MOVS PC, R14_svc ? 恢復 PC（從 R14_svc）和 CPSR（從 SPSR_svc）的值，并返回到 SWI的 下一條指令 –指令加后綴“ S‖且目的寄存器為 PC則自動復制 2022/4/14 55 3 各類異常的具體描述（續(xù)） ? SWI的響應過程 – SPSR_svc = CPSR – CPSR[4:0] = 0b10011 – CPSR[5] = 0 。 切換到 ARM工作狀態(tài) – // CPSR[6]保持不變 – CPSR[7] = 1 。 禁止新的 IRQ異常 – R14_svc = Return Link – PC = 0x00000008 2022/4/14 56 3 各類異常的具體描述（續(xù)） ? ABORT（中止） –產生中止異常意味著對 存儲器的訪問失敗 –中止異常包括兩種類型： ? 指令 預取中止：發(fā)生在指令預取時 ? 數(shù)據(jù) 中止：發(fā)生在數(shù)據(jù)訪問時 –當確定中止原因后， Abort處理程序執(zhí)行以下指令返回 ? SUBS PC, R14_abt, 4 。 指令預取中止 ? SUBS PC, R14_abt, 8 。 數(shù)據(jù)中止 ? 恢復 PC（從 R14_abt）和 CPSR（從 SPSR_abt）的值， 并 重新 執(zhí)行產生中止的指令（返回當前指令） 2022/4/14 57 3 各類異常的具體描述（續(xù)） ? 中止異常的響應過程 – SPSR_abt = CPSR – CPSR[4:0] = 0b10111 – CPSR[5] = 0 。 切換到 ARM工作狀態(tài) – // CPSR[6]保持不變 – CPSR[7] = 1 。 禁止新的 IRQ異常 – R14_abt = Return Link – PC = 0x0000000c/ 0x00000010 2022/4/14 58 3 各類異常的具體描述（續(xù)） ? IRQ（ Interrupt Request） – IRQ異常屬于正常的中斷請求， IRQ優(yōu)先級低于 FIQ ? 若 CPSR的 I位置 1，則禁止 IRQ中斷，若 CPSR的 I位清零，處理器會在指令執(zhí)行完之前檢查 IRQ的輸入 ? 注意只有 在特權模式下才能改變 I位的狀態(tài) – IRQ處理程序執(zhí)行以下指令返回 ? SUBS PC , R14_irq , 4 ? 該指令將寄存器 R14_irq的值 減去 4后，復制到程序計數(shù)器 PC中，同時將 SPSR_irq寄存器的內容復制到 CPSR中，并返回到引起中斷的 下一條指令 2022/4/14 59 3 各類異常的具體描述（續(xù)） ? IRQ的響應過程 – SPSR_irq = CPSR – CPSR[4:0] = 0b10010 – CPSR[5] = 0 。 切換到 ARM工作狀態(tài) – // CPSR[6]保持不變 – CPSR[7] = 1 。 禁止新的 IRQ異常 – R14_irq = Return Link – PC = 0x00000018 2022/4/14 60 3 各類異常的具體描述 ? FIQ（ Fast Interrupt Request） – FIQ異常是為了支持數(shù)據(jù)傳輸或者通道處理而設計的 ? 若將 CPSR的 F位置 1，則禁止 FIQ中斷，若將 CPSR的 F位清零，處理器會在指令執(zhí)行時檢查 FIQ的輸入 ? 注意只有 在特權模式下才能改變 F位的狀態(tài) – FIQ處理程序執(zhí)行以下指令返回 ? SUBS PC, R14_fiq , 4 ? 該指令將寄存器 R14_fiq的值 減去 4后，復制到程序計數(shù)器 PC中，同時將 SPSR_fiq寄存器的內容復制到 CPSR中，并返回到引起中斷的 下一條指令 2022/4/14 61 3 各類異常的具體描述（續(xù)） ? FIQ的響應過程 – SPSR_fiq = CPSR – CPSR[4:0] = 0b10001 – CPSR[5] = 0 。 切換到 ARM工作狀態(tài) – CPSR[6] = 1 。 禁止新的 FIQ異常 – CPSR[7] = 1 。 禁止新的 IRQ異常 – R14_fiq = Return Link – PC = 0x0000001c 2022/4/14 62 3 各類異常的具體描述（續(xù)） 返回指令 R14_x先前的值 BL MOV PC, R14 下一條指令地址 未定義指令 MOVS PC, R14_und 下一條指令地址 SWI MOVS PC, R14_svc 下一條指令地址 指令預取 SUBS PC, R14_abt, 4 下一條指令地址 數(shù)據(jù)預取 SUBS PC, R14_abt, 8 下一條指令地址 +4 IRQ SUBS PC, R14_irq, 4 下一條指令地址 +4 FIQ SUBS PC, R14_fiq, 4 下一條指令地址 +4 復位 N/A 2022/4/14 63 4 異常向量（ Exception Vectors） 地 址 異 常 進入模式 0x0000,0000 復位 管理模式 0x0000,0004 未定義指令 未定義模式 0x0000,0008 軟件中斷 管理模式 0x0000,000C 中止（預取指令） 中止模式 0x0000,0010 中止（數(shù)據(jù)） 中止模式 0x0000,0014 保留 保留 0x0000,0018 IRQ IRQ 0x0000,001C FIQ FIQ 2022/4/14 64 4 異常向量（續(xù)） 。 Exception Vectors 。 Mapped to Address 0. 。 Absolute addressing mode must be used. Vectors LDR PC, Reset_Address LDR PC, Undef_Address LDR PC, SWI_Address LDR PC, PAbt_Address LDR PC, DAbt_Address NOP