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ARM异常中断的原因及处理措施

发布时间:2022-03-14 发布时间:
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当ARM异常中断发生时,系统执行完当前指令后,将跳转到相应的异常中断处理程序处执行。当异常中断处理程序执行完成后,程序返回到发生中断指令的下条指令处执 行。在进入异常中断处理程序时,要保存被中断程序的执行现场,从异常中断处理程序退出时,要恢复被中断程序的执行现场。


1、引起异常的原因 对于ARM核,可以且只能识别7种处理器异常,每种异常都对应一种ARM处理器模式,当发生异常时,ARM处理器就切换到相应的异常模式,并调用异常处理 程序进行处理。


(1)、指令执行引起的异常 软件中断、未定义指令(包括所要求的协处理器不存在是的协处理器指令)、预取址中止(存储器故障)、数据中止。

(2)、外部产生的中断 复位、FIQ、IRQ。


2、ARM中异常中断的种类

(1)、复位(RESET)

a、当处理器复位引脚有效时,系统产生复位异常中断,程序跳转到复位异常中断处理程序处执行,包括系统加电和系统复位。

b、通过设置PC跳转到复位中断向量处执行称为软复位。

(2)、未定义的指令 当ARM处理器或者是系统中的协处理器认为当前指令未定义时,产生未定义的指令异常中断,可以通过改异常中断机制仿真浮点向量运算。

(3)、软件中断 这是一个由用户定义的中断指令(SWI)。可用于用户模式下的程序调用特权操作指令。在实时操作系统中可以通过该机制实现系统功能调用。

(4)、指令与取终止(Prefech Abort) 如果处理器预取的指令的地址不存在,或者该地址不允许当前指令访问,当被预取的指令执行时,处理器产生指令预取终止异常中断。

(5)、数据访问终止(DATAABORT) 如果数据访问指令的目标地址不存在,或者该地址不允许当前指令访问,处理器产生数据访问终止异常中断。

(6)、外部中断请求(IRQ) 当处理器的外部中断请求引脚有效,而且CPSR的寄存器的I控制位被清除时,处理器产生外部中断请求异常中断。系统中个外设通过该异常中断请求处理服务。

(7)、快速中断请求(FIQ) 当处理器的外部快速中断请求引脚有效,而且CPSR的F控制位被清除时,处理器产生外部中断请求异常中断。


3、异常的响应过程 除了复位异常外,当异常发生时,ARM处理器尽可能完成当前指令(除了复位异常)后,再去处理异常。并执行如下动作:

(1)、将引起异常指令的下一条指令的地址保存到新模式的R14中,若异常是从ARM状态进入,LR寄存器中保存的是下一条指令的地址(当前PC+4或 PC+8,与异常的类型有关);若异常是从Thumb状态进入,则在LR寄存器中保存当前PC的偏移量,这样,异常处理程序就不需要确定异常是从何种状态 进入的。例如:在软件中断异常SWI,指令MOV PC,R14_svc总是返回到下一条指令,不管SWI是在ARM状态执行,还是在Thumb状 态执行。

(2)、将CPSR的内容保存到要执行异常中断模式的SPSR中。

(3)、设置CPSR相应的位进入相应的中断模式。

(4)、通过设置CPSR的第7位来禁止IRQ。如果异常为快速中断和复位。则还要设置CPSR的第6位来禁止快速中断。

(5)、给PC强制赋向量地址值。 上面的异常处理操作都是由ARM核硬件逻辑自动完成的,程序计数器PC总是跳转到相应的固定地址。 如果异常发生时,处理器处于Thumb状态,则当异常向量地址加载入PC时,处理器自动切换到ARM状态,则异常处理返回时,自动切换到Thumb状态。


4、异常中断处理返回 异常处理完毕之后,ARM微处理器会执行以下几步操作从异常返回:

(1)、将所有修改过的用户寄存器从处理程序的保护栈中恢复。

(2)、将SPSR复制回CPSR中,将连接寄存器LR的值减去相应的偏移量后送到PC中。

(3)、若在进入异常处理时设置了中断禁止位,要在此清除。 复位异常处理程序不需要返回。


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