arm中断体系结构

Posted 2020-10-19 Darren_pty

    ARM处理器中有7种类型的异常，按优先级从高到低的排列如下：
             

     复位异常（Reset）、
     数据异常（Data Abort）、
     快速中断异常（FIQ）、
     外部中断异常（IRQ）、
     预取异常（Prefetch Abort）、
     软件中断(SWI)、
     未定义指令异常（Undefined instruction）。

    

 

    ARM异常优先级：

    

 

  (1)当发生各种异常时，CPU会进入对应的工作模式，并跳转到它的异常向量处进行执行程序，那么这一步骤我们可以在汇编文件中进行配置：

  异常向量：在0x00,0x04...处的指令称为异常向量

.text

.global _start

_start:

   @0x00复位异常
    b reset

   @0x04未定义指令终止异常
undefined_interrupt:

    b undefined_interrupt

    @0x08软中断异常
software_abort:

     b software_abort

     @0x0c预取异常
prefetch_abort:

      b prefetch_abort

      @0x10数据异常
data_abort:

       b data_abort

      @0x14保留
notused:
     
       b notused

      @0x18外部中断
handle_iqr:

       b handle_iqr

       @0x1c快速中断
handle_fqr:

        b  handle_fqr

 

   (2)当上电或复位时，CPU进入svr模式，进入复位异常并跳转到地址0x00处进行执行程序：

   
        当复位异常时，系统执行下列伪操作： 
            R14_svc = UNPREDICTABLE value    //任意值
            SPSR_svc = UNPREDICTABLE value  //任意值
            CPSR[4∶0] = 0b10011  /*进入管理模式*/ 
            CPSR[5] = 0    /*处理器进入ARM状态*/ 
            CPSR[6] = 1    /*禁止快速中断*/ 
            CPSR[7] = 1    /*禁止外设中断*/ 
            If high vectors configured then 
                PC = 0xffff0000 
            Else 
                PC = 0x00000000 

        复位异常中断处理程序的主要功能： 
        *设置异常中断向量表。 
        *初始化数据栈和寄存器。 
        *初始化存储系统，如系统中的MMU等。 
        *初始化关键的I/O设备。 
        *使能中断。 
        *处理器切换到合适的模式。 
        *初始化C变量，跳转到应用程序执行。

 

reset:

   ldr sp,=4096  //设置栈  
   
   bl disable_watch_dog  //关闭看门狗

   msr cpsr_c, #0xd2     //
   ldr sp, =3072  //（在复位异常中提前设置中断模式的栈指针，防止中断触发时栈指针未设置而系统崩溃）

   msr cpsr_c, #0xd3 //0xd3--11010011b 
   ldr sp, =4096 //进入管理模式，设置栈指针

   bl init_led //初始化led的gpio管脚 
   bl init_irq //初始化中断 
  
   msr cpsr_c, #0x53 //使能IRQ中断0x53--01010011 
  
   ldr lr, =halt_loop //设置返回地址 
   
   ldr pc, =main //调用main函数 

halt_loop: 
    
   b halt_loop  

 

  

   关于当前程序状态寄存器CPSR及msr，mrs汇编指令的知识：

  1）CPSR寄存器

  ARM每种工作模式除R0~R15共16个寄存器外，还有第17个寄存器CPSR,CPSR中一些位被用于标识各种状态，一些位被用于标识当前出于什么工作模式

   

  如上图所示，它的CPU状态位=>            T位=0 --ARM状态

                                           =1 --Thumb状态

              它的中断禁止或使能位=>  I和F位=0 --使能

                                           =1 --禁止

      它的M[4:0]位=> xxxxx，通过编写它可以使得CPU进入相应的工作模式

      

      它的条件码标志位：N、Z、C、V--它们的内容可被算术或逻辑运算的结果所改变，并且可以决定某条指令是否被执行。

      

   

 

   2) msr及mrs汇编指令

 

      格式：MRS{<条件码>}Rd,CPSR}SPSR
   

      其中：
          Rd      目标寄存器，Rd不允许R15。
          R=0     将CPSR中的内容传送目的寄存器。
          R=1     将SPSR中的内容传送至目的寄存器。 
   

      功能：将状态寄存器的内容传送至通用寄存器。

 

 

 

 

 

 

   2 格式：MSR{<条件码>CPSR_<field>|SPSR_<field>,Rm

     其中：
          <field>字段可以是以下之一或多种：(位从右到左）
 

          C：控制域屏蔽字段（PSR中的第0位到第7位）；
          X：扩展域屏蔽字段（PSR中的第8位到第15位）；
          S：状态域屏蔽字段（PSR中的第16位到第32位）；
          F：标志域屏蔽字段（PSR中的第24位到第31位）。
          Rm 源寄存器。

     功能：将通用寄存器的内容传送至状态寄存器。

 

 

  （3）当触发中断时，CPU进入中断模式，并跳转到中断异常向量处进行执行：

   

     1.计算返回地址

     2.现场保存工作

     3.执行中断服务函数

     4.清理现场，中断返回

 

handle_iqr:

   sub lr,lr, #4           //lr=lr-4 计算返回地址
   stmdb  sp!, {r0-r12,lr}  
   
   ldr lr, =int_return
   ldr pc, =EINT_Handleiqr
 
int_return:
 
   ldmia sp!, {r0-r12,pc}^