S3C2440的七种模式之——未定义模式

Posted 2020-10-18 悄然拔尖

现在做第一个实验，模拟未定义模式。

未定义模式，是cpu遇到自己不能识别的指令时候做出的异常处理。

arm指令的机器码一定是按照某种规范要求的，不然你随意写一条指令，cpu不是都可以执行吗？在cpu没有定义该条指令含义的情况下，我们执行了这样未定义的指令，就会进入未定义异常。

现在我们要模拟一个未定义异常，所以我们只要写出一个cpu无法识别的指令即可。

在这之前，要明白一个道理，在内存中执行的机器码，只有0，1两个值，不同的指令被分解为不同的0,1信号的机器码。

所以，我们在运行内存中存放一个32bit的值，这个值又恰恰是上图所不能表示的指令，那么这样，就可以测试未定义异常了。我们采用.word 关键字，.word expression就是在当前位置放一个word型的值，这个值就是expression 。

.word 接收4字节的数据，放在当前地址。

现在我们仔细观察上面的那个图，找到一个未定义的机器码，把这个值放在.word的地方，当cpu运行到.word 地址时，发现这个地址的0，1数据即机器码它不能识别，就发生未定义异常。

所以我们可以使用 .word 0xf3000000来表示一条未定义指令，但大家用的比较多的是.word 0xbadc0de（很形象，表示坏代码）。

 现在更改star.S:

.text
.global _start

_start:
    b reset  /* vector 0 : reset */
    ldr pc, und_addr /* vector 4 : und */

und_addr:
    .word do_und

do_und:
    /* 执行到这里之前:
     * 1. lr_und保存有被中断模式中的下一条即将执行的指令的地址
     * 2. SPSR_und保存有被中断模式的CPSR
     * 3. CPSR中的M4-M0被设置为11011, 进入到und模式
     * 4. 跳到0x4的地方执行程序 
     */

    /* sp_und未设置, 先设置它 */
    ldr sp, =0x34000000

    /* 在und异常处理函数中有可能会修改r0-r12, 所以先保存 */
    /* lr是异常处理完后的返回地址, 也要保存 */
    stmdb sp!, {r0-r12, lr}  
    
    /* 保存现场 */
    /* 处理und异常 */
    mrs r0, cpsr
    ldr r1, =und_string
    bl printException
    
    /* 恢复现场 */
    ldmia sp!, {r0-r12, pc}^  /* ^会把spsr的值恢复到cpsr里 */
    
und_string:
    .string "undefined instruction exception"

.align 4

reset:
    /* 关闭看门狗 */
    ldr r0, =0x53000000
    ldr r1, =0
    str r1, [r0]

    /* 设置MPLL, FCLK : HCLK : PCLK = 400m : 100m : 50m */
    /* LOCKTIME(0x4C000000) = 0xFFFFFFFF */
    ldr r0, =0x4C000000
    ldr r1, =0xFFFFFFFF
    str r1, [r0]

    /* CLKDIVN(0x4C000014) = 0X5, tFCLK:tHCLK:tPCLK = 1:4:8  */
    ldr r0, =0x4C000014
    ldr r1, =0x5
    str r1, [r0]

    /* 设置CPU工作于异步模式 */
    mrc p15,0,r0,c1,c0,0
    orr r0,r0,#0xc0000000   //R1_nF:OR:R1_iA
    mcr p15,0,r0,c1,c0,0

    /* 设置MPLLCON(0x4C000004) = (92<<12)|(1<<4)|(1<<0) 
     *  m = MDIV+8 = 92+8=100
     *  p = PDIV+2 = 1+2 = 3
     *  s = SDIV = 1
     *  FCLK = 2*m*Fin/(p*2^s) = 2*100*12/(3*2^1)=400M
     */
    ldr r0, =0x4C000004
    ldr r1, =(92<<12)|(1<<4)|(1<<0)
    str r1, [r0]

    /* 一旦设置PLL, 就会锁定lock time直到PLL输出稳定
     * 然后CPU工作于新的频率FCLK
     */
    
    

    /* 设置内存: sp 栈 */
    /* 分辨是nor/nand启动
     * 写0到0地址, 再读出来
     * 如果得到0, 表示0地址上的内容被修改了, 它对应ram, 这就是nand启动
     * 否则就是nor启动
     */
    mov r1, #0
    ldr r0, [r1] /* 读出原来的值备份 */
    str r1, [r1] /* 0->[0] */ 
    ldr r2, [r1] /* r2=[0] */
    cmp r1, r2   /* r1==r2? 如果相等表示是NAND启动 */
    ldr sp, =0x40000000+4096 /* 先假设是nor启动 */
    moveq sp, #4096  /* nand启动 */
    streq r0, [r1]   /* 恢复原来的值 */

    bl sdram_init
    //bl sdram_init2     /* 用到有初始值的数组, 不是位置无关码 */

    /* 重定位text, rodata, data段整个程序 */
    bl copy2sdram




    ldr pc, =sdram
sdram:
    /* 清除BSS段 */
    bl clean_bss
    
    bl uart0_init

    bl print1
    /* 故意加入一条未定义指令 */
und_code:
    .word 0xdeadc0de  /* 未定义指令 */
    bl print2

    //bl main  /* 使用BL命令相对跳转, 程序仍然在NOR/sram执行 */
    ldr pc, =main  /* 绝对跳转, 跳到SDRAM */

halt:
    b halt
    

cpu处理异常的时候，是有专门地址的，这里的未定义und异常，在地址0x4处，当发生未定义异常时，硬件让程序从地址0x4处执行。这里说明一下汇编中定义字符串：

.string  “XXXX” 表示定义的字符串包含最后的\\0.

.ascii "XXXX"表示定义的字符串不包含最后的\\0.

.asciiz "XXXX"表示定义的字符串包含最后的\\0,z代表zero。

参考：（点击这里）

 

.align 4 放在.string 后面是为了使后面的指令四字节对齐，因为字符串的字节数不一定是四字节对齐的。

进入异常处理前需要保存现场，异常处理之后需要恢复现场。

现在说明下面代码段：

    ldr pc, und_addr /* vector 4 : und */

und_addr:
    .word do_und

但是我在想，为什么韦老大说nand启动，怕访问超过4k空间，所以采取上面的操作方式，这样保证肯定无论是否超过4k，程序都可以正常运行。但是，我们的sdram已经重定位完毕了，那样sdram已经是可以访问的了，所以就算超过4k也不会有问题啊？（这个等到后面上文件系统的时候测试，我觉得这里是不存在老师说的那种情况的）。

 

Question：

去掉star.S中的 bl  print1

发现不会进入未定义异常了？这是为什么？

 经过分析，是puts函数问题，只有调用了puts函数，才会进入未定义异常。原因。。。

我们上面忽略了一点，就是cond所占用的四个字节条件，

所以，未定义指令要忽略高4位cond条件码。

在测试过程中，我能发现是puts函数的问题，可是，puts函数是我们重定义的库函数，这和stm32 printf映射串口有一点像，具体编译器在操作puts的时候做了什么不得而知，但是可以肯定的是puts让cpsr高四位变成了无条件执行，才触发了未定义异常。现在我们把未定义指令的高四位改成1110，后面加上arm不能识别的指令，就可以进入未定义异常模式了。