ARM中断进入和退出分析

个人觉得中断进入和退出比较重要，本文是根据：杜春雷的《ARM体系结构与编程》中第九章 异常中断处理 整理而来
0x00复位(reset)： 1
svc

复位引脚有效产生复位异常中断，程序跳转到子程序执行；复位情况加电，复位按键；直接跳转到复位中断服务子程序

0x04未定义指令(undefined instruction)：6 und

0x08软件中断：用户自定义的中断指令，目的是为了获取到特权 6 svc

0x0c指令预取中止 5 abt

0x10数据访问中止 2 abt

0x14

0x18外部中断请求(IRQ) 4 fiq

0x1c快中断请求(FIQ) 3 irq



0b10000 usr

0b10001 FIQ

0b10010 irq

0b10011 supervisor

0b10111 abort

0b11011 undefined

0b11111 system



中断向量表大小是32字节，每个中断占4字节。里面存放跳转指令，使pc跳转到服务子程序入口地址。



处理器对异常中断响应过程：



保存当前处理器的状态寄存器cpsr的 内容保存到异常发生的spsr内。

设置当前cpsr：m0-m4进入相应模式；t 位:thumb还是arm；fiq 置1禁止；irq置1禁止；

FIQ中断比IRQ中断优先级高，如果进入IRQ中断，可以不禁止FIQ；但如果是FIQ中断，则要屏蔽所有中断。

设置lr为返回地址，pc赋值跳转到相应的子程序；



1. 复位中断

当处理器复位引脚有效时，产生复位中断，处理器中止当前指令，当引脚无效时，处理器执行中断现场保护。

Lr_(svc/und/abt/irq/fiq) = addr + 4 //保存返回地址

Spsr_(svc/und/abt/irq/fiq)=cpsr //保存当前处理器状态

Cpsr[4:0] = 0x…. //设置模式（进入中断对应的特权模式）

Cpsrp[5] = 0 //设置ARM模式(1:thumb模式)

If<exception_mode> == reset or fiq

Cpsr[6] = 1 /如果是快中断或复位则禁止该中断(因为快中断优先级高)

Cpsr[7] = 1 //无条件禁止快中断

Pc = 0x… //跳转到中断子程序入口地址

上面的操作是cpu完成的。



下面现场恢复是有程序员完成的；

从异常中断中返回

1. 恢复中断前的处理器状态，spsr_mode 内容复制到cpsr中；

2. 返回到发生异常中断的指令的下一条指令去执行，lr_mode寄存器内容复制到pc

3. 复位中断不要返回；



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SWI和未定义指令异常：



ARM9处理器的三级流水线

Pc : 取值(表示指令a正在被取值，接下来是译码，然后执行)

Pc -4 译码

Pc – 8 执行



pc永远指向正在取值的指令



Pc = 当前执行指令 + 8

未定义指令和swi软件中断指令返回的地址是：mov pc, lr_mode;

因为在中断发生时，ld_mode = pc – 4;就是把现在执行的指令的下一条指令保存，也即是把译码的指令地址保存起来。

因为undefined/swi中断发生时，pc没有更新。

所以ld_mode = pc -4；保存的是下一条要执行的指令



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FIQ、IRQ异常：

处理器是执行完当前指令后再去检查是否有irq/fiq中断

Irq/FIQ中断时先执行当前执行，然后查询IRQ/FIQ中断引脚，已经判断是否允许irq/fiq中断。只有引脚有效和系统允许才发生异常中断。所以当irq和fiq中断发生时，pc的值已经改变了。指向当前中断指令的后面第三个：pc – 12；



更新前：正在执行irq/fiq要发生的指令

取值 译码 执行

Pc + 4：a

Pc ： b

Pc – 4： c

Pc – 8： d



更新后：irq/fiq已经发生

取值 译码 执行

Pc + 4：

Pc ： a

Pc – 4： b

Pc – 8： c（没有执行因为有中断，但是已经在执行的队列中）

执行过：pc – 12 d



当发生异常时先把pc – 4 的值保存到lr_mode寄存器中：指向中断发生指令后的第2条指令；

所以：subs pc,lr,#4 ;==》pc = lr – 4，lr =pc -4 è 返回给pc
= pc -8;

如果最后要直接用堆栈调用pc则存入堆栈时要把lr再减4；(因为处理器保存的pc-4，跳转要pc - 8)

Subbs lr,lr,#4

Stmfd sp!,(reglist,lr)

..

Ldmfd sp!,{reglist,pc}^

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指令预取中止：

指令预取中止异常：在指令预取时，如果目标地址是非法的，该指令将被标记是有问题的。

流水线上之前的指令继续执行，当执行到有问题的指令时，处理器产生预取值指令中止异常中断；预取指令中止的服务子程序最后是要返回到出问题的指令地址，再次执行。

预取值指令中断是指令本身问题，所以pc的值没有更新值，所以pc指向当前执行指令的后第二个。处理器保存的是pc
-4即：指向当前问题指令(执行指令)的下一条；因为要返回有问题指令(即当前指令)所以要再减4，操作和上面相同；



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数据访问中止异常：

和上面的预取指令异常一样，最后中断子程序都要返回到出问题的指令地址上再次执行。但是不同的是预取指令中止异常时pc的值没有更新，而数据访问中止异常pc已经更新了。所以处理器保存在lr的pc-4是指向问题指令的后两条，要返回到问题指令，所以还得lr-8。自己可以画下流水线图。