异常与中断1--相关概念

Posted 2021-07-18 今天天气眞好

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了异常与中断1--相关概念相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

文章目录

- 1.概念引入以及处理流程
- 2.CPU的模式、状态与寄存器

1.概念引入以及处理流程

下面先看一个实例：
母亲在看书，小孩在睡觉：
在这里插入图片描述
对于轮询方式：

while(1)
{
	看书；
	
	打开房门，听到哭声
	{ 
		处理
	}
	打开房门，没有哭声
	{
		return  
	}	
}

对于中断方式：

while(1)
{
	看书；
	
	听见哭声，去处理	
} 

中断程序
{
	处理小孩 
}

再来看母亲的处理过程：
（1）先在看书
（2）发生了各种声音
如：远处的猫叫、门铃声、小孩哭声

（3）母亲处理
第一步：放入书签，合上书（保存现场）

第二步：转去处理（调用对应的中断处理函数）
处理的时候，对于不同的情况不同处理
对于猫叫：（听而不闻），忽略
对于门铃声：开门取快递
对于小孩哭声：照顾小孩

第三步：回来继续看书（恢复现场）

我们可以将母亲的大脑比作一个CPU，如下：
在这里插入图片描述
注意：所谓中断体系实际上就是异常体系，即中断是一中异常

引申拓展为ARM对异常（中断）的处理过程：

1.初始化
（1）设置中断源，让他可以产生中断。如某个按键可以产生中断的话，我们可以设置他的gpio引脚为中断引脚
（2）设置中断控制器（屏蔽，优先级），屏蔽的话就是在要使用的时候打开，优先级是同时有多个中断，我们先去处理那一个
（3）设置CPU总开关（使能中断），举个例子：母亲也正在睡觉，他听不到任何声音，即对所有的中断都没有反应。

2.执行正常程序

3.有中断产生。如按键按下---->中断控制器----->发信号给CPU
注意：CPU每次执行完一条指令，都会去判断有无中断产生，有无异常产生

当发现有中断产生时，就会去进行相应的处理：
对于不同的异常，会跳去不同的地址执行程序，在这些地址上，只是一条跳转指令，挑去执行某个函数

此处不同的地址即是异常向量，通常地址都排在一起。

4.这些函数进行中断处理：
（1）保存现场（设置相应寄存器）
（2）进行处理：先分辨中断源，再调用相应的中断处理函数
（3）恢复现场

查看这些向量表，打来任意一个uboot的汇编代码，因为uboot是裸板程序的集大成者，如下：
在这里插入图片描述
第一个reset：是发生复位异常，比如按下复位键，回跳到这执行
第二个：指令无法辨别，或者指令不存在
第三个：软中断
…

注意：当发生中断时，CPU强制跳到24（即0x18）这个地方执行（硬件）
我们可以在0x18的地方放一条指令：ldr pc , _irq（一条伪指令）
于是CPU就会跳去执行_irq的代码，即：
保护现场、调用中断处理函数、恢复现场

总结：中断程序如何被调用？
CPU强制跳到0x18位置，再通过跳转指令执行其他函数，函数内部就处理中断
处理过程：
（1）保存现场
（2）调用函数：分便中断源、调用对应函数
（3）恢复现场

2.CPU的模式、状态与寄存器

1.CPU的7中模式（mode）
1.用户模式（usr）：不可直接进入其他模式。显示是给上层应用程序使用的，限制应用程序权限，防止破坏整个系统

2.系统模式（sys）

3.异常模式
（1）未定义指令模式（und）：CPU执行碰到不认识的指令会进入该模式
（2）管理模式（svc）
（3）中止模式（abt）：也分为指令预取中止和数据访问中止
指令预取中止：CPU执行程序时会去读指令，CPU是以流水线的方式来进行操作的，在执行当前指令的时候，已经在解析下一条指令，在读取第三条指令，此处在读取第三条指令的时候就是预取，有可能会出错

数据访问中止：读写某个地址的过程中可能会出错
（4）中断模式（IRQ）
（5）快中断模式（FIQ)：快速处理，可以将某个中断配置为快中断（在Linux下一般不会用到）

特权模式：可以在除了用户模式以外的6种模式之间随意切换
通过编程操作CPSR寄存器直接会进入其他模式

2.CPU的两种状态
ARM state 和 Thumb stste

ARM state：ARM指令集，每个指令4byte
Thumb stste：Thumb指令集，每个指令2byte

注意：Thumb指令集可以减少程序的存储空间，但是在ARM下的nor flash 和nand flash都很大，没有必要节省这么一点空间

例如：
mov r0 , r1指令：
对于ARM 是4byte的机器码
对于Thumb是2byte的机器码

3.CPU的寄存器
CPSR/SPSR：
CPSR：当前程序状态寄存器
SPSR：保存被中断模式下的CPSR（备份寄存器）
在这里插入图片描述
可以看到M4-M0为当前CPU处于哪一种模式

T：状态位，表明是ARM还是Thumb状态