ARM中的异常和中断

ARM处理器中主要有7个异常（2个中断异常）：

1、复位异常；在以ARM为核的单片机中，常把下列事件作为引起复位的原因。

• 上电复位：在上电后，复位使内部达到预定的状态，特别是程序跳到初始入口；

• 复位引脚上的复位脉冲：这是由外部其他控制信号引起的；

• 对系统电源检测发现过压或欠压；

• 时钟异常复位。

ARM处理器复位后，处理器硬件将进行以下操作：

• 强制进入管理模式；

• 强制进入ARM状态；

• 跳转到绝对地址PC=0x00000000处执行；

• 禁止IRQ中断和FIQ中断。

复位后，程序状态寄存器如下：

[align=center]......[/align]	[align=center]I[/align]	[align=center]F[/align]	[align=center]T[/align]	[align=center]M4[/align]	[align=center]M3[/align]	[align=center]M2[/align]	[align=center]M1[/align]	[align=center]M0 [/align]
	[align=center]1[/align]	[align=center]1[/align]	[align=center]0[/align]	[align=center]1[/align]	[align=center]0[/align]	[align=center]0[/align]	[align=center]1[/align]	[align=center]1[/align]

上电复位后，进入管理模式，执行操作系统程序，一般用做对系统初始化，例如开中断等；然后切换到用户模式，开始执行正常的用户程序。

切换到用户模式可使用下列程序：

MRS R0,CPSR ；读状态寄存器
BIC R0,R0,#03 ；把末两位清0
MSR CPRS_c,R0 ；把修改后的值加载给状态寄存器，切换结束
...... ；用户程序

2、未定义指令异常；由于ARM使用32位代码，包含的信息量很大，可达2的31方（4G）。ARM指令集不能用尽所有代码。当ARM处理器遇到无法译码的指令时就会发

生未定义指令异常。进入中断处理程序。

ARM的未定义指令异常有以下两种情况：

（1）遇到一条无法执行的指令，此指令没有定义；

（2）执行一条对协处理器的操作指令，在正常情况下，协处理器应该应答，但协处理器没有应答。

未定义异常中断时，状态寄存器中的F位不变。使用下列指令退出异常中断，返回原程序 。

• 把下一条指令的地址拷贝给LR；

• 把程序状态寄存器CPSR拷贝给SPSR_und；

• 强制进入未定义模式；

• 强制进入到ARM模式；

• 跳转到绝对地址PC=0x00000004处执行；

• 禁止IRQ中断。

进入中断后，程序状态寄存器如下：

[align=center]......[/align]	[align=center]I[/align]	[align=center]F[/align]	[align=center]T[/align]	[align=center]M4[/align]	[align=center]M3[/align]	[align=center]M2[/align]	[align=center]M1[/align]	[align=center]M0 [/align]
	[align=center]1[/align]	[align=center]x[/align]	[align=center]0[/align]	[align=center]1[/align]	[align=center]1[/align]	[align=center]0[/align]	[align=center]1[/align]	[align=center]1[/align]

MOVS PC,R14.

3、软件中断异常；是由指令SWI引起的。程序在执行这一指令后，进入异常中断。处理器响应中断，硬件执行如下的操作。

• 把下一条指令的地址拷贝给LR；

• 把程序状态寄存器CPSR拷贝给SPSR_svc；

• 强制进入管理模式；

• 强制进入到ARM状态；

• 跳转到绝对地址PC=0x00000008处执行；

• 禁止IRQ中断。

进入中断后的程序状态寄存器如下：

[align=center]......[/align]	[align=center]I[/align]	[align=center]F[/align]	[align=center]T[/align]	[align=center]M4[/align]	[align=center]M3[/align]	[align=center]M2[/align]	[align=center]M1[/align]	[align=center]M0 [/align]
	[align=center]1[/align]	[align=center]x[/align]	[align=center]0[/align]	[align=center]1[/align]	[align=center]0[/align]	[align=center]0[/align]	[align=center]1[/align]	[align=center]1[/align]

软件中断处理程序完成后，使用下列指令返回到原中断处：MOVS PC,R14.

4、预取指中止异常；由程序存储器引起的中止异常叫做预取指中止异常；由数据存储器引起的中止异常叫做数据中止异常。由于ARM的指令是3级流水线结构，读

取指令周期是提前进行的，因此把读取指令的过程一般称预取指。如果在取得指令的同时程序存储器发出中止信号，则ARM处理器把这一条指令标记位无效，然后等待执

行。有两种可能如下：

• 当执行这条指令前程序发生跳转，则这条无效指令不引起异常中断；

• 当执行到这条指令时，处理器会发生预取指中止异常，引起中断。

当记进入预取指异常中断时，处理器硬件响应中断，执行以下的操作：

• 把中断时PC的地址拷贝给LR；

• 把程序状态寄存器CPSR拷贝给SPSR_abt；

• 强制进入中止异常模式；

• 强制进入到ARM状态；

• 跳转到绝对地址PC=0x0000000C处执行；

• 禁止IRQ中断。

进入中断后，程序状态寄存器如下：

[align=center]......[/align]	[align=center]I[/align]	[align=center]F[/align]	[align=center]T[/align]	[align=center]M4[/align]	[align=center]M3[/align]	[align=center]M2[/align]	[align=center]M1[/align]	[align=center]M0 [/align]
	[align=center]1[/align]	[align=center]x[/align]	[align=center]0[/align]	[align=center]1[/align]	[align=center]0[/align]	[align=center]1[/align]	[align=center]1[/align]	[align=center]1[/align]

预取指中止异常中断返回时，应该执行下列指令：SUBS PC,R14,#4.

5、数据中止异常；ARM处理器访问数据存储器时，在读取数据的同时数据存储器发出了中止信号，引起数据中止异常。

数据中止异常中断服务程序返回时，使用下列指令：

SUBS PC,R14,#8

上述指令是返回到中断时所执行的指令，目的是再一次从数据存储器中读取数据。如果不再一次读取数据，则执行下一条指令，此时使用下列指令返回：

SUBS PC,R14,#4

• 把中断时的PC的地址拷贝给LR；

• 把程序状态寄存器CPSR拷贝给SPSR_abt；

• 强制进入中止异常模式；

• 强制进入到ARM状态；

• 跳转到绝对地址PC=0x00000010处执行；

• 禁止IRQ中断。

进入中断后，程序状态寄存器如下：

[align=center]......[/align]	[align=center]I[/align]	[align=center]F[/align]	[align=center]T[/align]	[align=center]M4[/align]	[align=center]M3[/align]	[align=center]M2[/align]	[align=center]M1[/align]	[align=center]M0 [/align]
	[align=center]1[/align]	[align=center]x[/align]	[align=center]0[/align]	[align=center]1[/align]	[align=center]0[/align]	[align=center]1[/align]	[align=center]1[/align]	[align=center]1[/align]

6、中断请求（IRQ）异常；例如：定时器中断、串行口通讯中断、外部信号中断和A/D处理中断等。IRQ中断是可屏蔽的。在状态寄存器中的I位就是IRQ的屏蔽位

。当I=1时。则屏蔽IRQ中断，当I=0时，则允许中断。处理器复位后置I为1，关闭中断。

当发生IRQ中断时，处理器硬件响应中断，执行下列操作：

• 把中断时的PC的地址值拷贝给LR；

• 把程序状态寄存器CPSR拷贝给SPSR_irq；

• 强制进入IRQ异常模式；

• 强制进入到ARM状态；

• 跳转到绝对地址PC=0x00000018处执行；

• 禁止IRQ中断。

进入中断后，程序状态寄存器如下：

[align=center]......[/align]	[align=center]I[/align]	[align=center]F[/align]	[align=center]T[/align]	[align=center]M4[/align]	[align=center]M3[/align]	[align=center]M2[/align]	[align=center]M1[/align]	[align=center]M0 [/align]
	[align=center]1[/align]	[align=center]x[/align]	[align=center]0[/align]	[align=center]1[/align]	[align=center]0[/align]	[align=center]0[/align]	[align=center]1[/align]	[align=center]0[/align]

完成中断处理后，程序执行下列返回原中断处：SUBS PC.R14,#4.

7、快速中断（FIQ）请求异常；FIQ快速中断是可屏蔽的。在状态寄存器中的F位就是FIQ的屏蔽位。当F=1时。则屏蔽FIQ中断，当F=0时，则允许中断。处理器复

位后置F为1，关闭中断。

当发生IRQ中断时，处理器硬件响应中断，执行下列操作：

• 把中断时的PC的地址值拷贝给LR；

• 把程序状态寄存器CPSR拷贝给SPSR_fiq；

• 强制进入FIQ异常模式；

• 强制进入到ARM状态；

• 跳转到绝对地址PC=0x0000001C处执行；

• 禁止FIQ中断。

进入中断后，程序状态寄存器如下：

[align=center]......[/align]	[align=center]I[/align]	[align=center]F[/align]	[align=center]T[/align]	[align=center]M4[/align]	[align=center]M3[/align]	[align=center]M2[/align]	[align=center]M1[/align]	[align=center]M0 [/align]
	[align=center]1[/align]	[align=center]x[/align]	[align=center]0[/align]	[align=center]1[/align]	[align=center]0[/align]	[align=center]0[/align]	[align=center]0[/align]	[align=center]1[/align]

完成中断处理后，程序执行下列返回原中断处：SUBS PC.R14,#4