ARM微處理器的編程模型之：異常中斷處理
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3.4.5 從異常處理程序中返回
當(dāng)一個(gè)異常處理返回時(shí)，一共有3件事情需要處理：通用寄存器的恢復(fù)、狀態(tài)寄存器的恢復(fù)以及PC指針的恢復(fù)。通用寄存器的恢復(fù)采用一般的堆棧操作指令即可，下面重點(diǎn)介紹狀態(tài)寄存器的恢復(fù)以及PC指針的恢復(fù)。
1．恢復(fù)被中斷程序的處理器狀態(tài)
PC和CPSR的恢復(fù)可以通過一條指令來實(shí)現(xiàn)，下面是3個(gè)例子。
· MOVS PC，LR
· SUBS PC，LR，＃4
· LDMFD SP!，{PC}^
這幾條指令是普通的數(shù)據(jù)處理指令，特殊之處在于它們把程序計(jì)數(shù)器寄存器PC作為目標(biāo)寄存器，并且?guī)Я颂厥獾暮缶Y“S”或“^”。其中“S”或“^”的作用就是使指令在執(zhí)行時(shí)，同時(shí)完成從SPSR到CPSR的拷貝，達(dá)到恢復(fù)狀態(tài)寄存器的目的。
2．異常的返回地址
異常返回時(shí)，另一個(gè)非常重要的問題就是返回地址的確定。前面提到過，處理器進(jìn)入異常時(shí)會有一個(gè)保存LR的動(dòng)作，但是該保持值并不一定是正確中斷的返回地址。以一個(gè)簡單的指令執(zhí)行流水狀態(tài)圖來對此加以說明，如圖3.7所示。
圖3.7 3級流水線示例
在ARM架構(gòu)里，PC值指向當(dāng)前執(zhí)行指令地址加8。也就是說，當(dāng)執(zhí)行指令A(yù)（地址0x8000）時(shí)，PC等于0x8000+8=0x8008，即等于指令C的地址。假設(shè)指令A(yù)是BL指令，則當(dāng)執(zhí)行時(shí)，會把PC值（0x8008）保存到LR寄存器。但是，接下來處理器會對LR進(jìn)行一次自動(dòng)調(diào)整，使LR=LR－0x4。所以，最終保存在LR里面的是圖3.5中所示的B指令地址。所以當(dāng)從BL返回時(shí)，LR里面正好是正確的返回地址。
同樣的跳轉(zhuǎn)機(jī)制在所有的LR自動(dòng)保存操作中都存在。當(dāng)進(jìn)入中斷響應(yīng)時(shí)，處理器對保存的LR也進(jìn)行一次自動(dòng)調(diào)整，并且跳轉(zhuǎn)動(dòng)作也是LR=LR－0x04。由此，就可以對不同異常類型的返回地址依次比較。
假設(shè)在指令B處（地址0x8004）發(fā)生了異常，進(jìn)入異常相應(yīng)后，LR經(jīng)過跳轉(zhuǎn)保存的地址值應(yīng)該是C的地址0x8008。
（1）軟中斷異常
如果發(fā)生軟中斷異常，即指令B為SWI指令，從SWI中斷返回后下一條執(zhí)行指令就是C，正好是LR寄存器保存的地址，所以只有直接把LR恢復(fù)給PC即可。
（2）IRQ或FIQ異常
如果發(fā)生的是IRQ或FIQ異常，因?yàn)橥獠恐袛嗾埱笾袛嗔苏趫?zhí)行的指令B，當(dāng)中斷返回后，需要重新回到B指令執(zhí)行，也就是說，返回地址應(yīng)該是B（0x8004），需要把LR減4送PC。
（3）Data Abort數(shù)據(jù)中止異常
在指令B處進(jìn)入數(shù)據(jù)異常的相應(yīng)，但導(dǎo)致數(shù)據(jù)異常的原因卻應(yīng)該是上一條指令A(yù)。當(dāng)中斷處理程序恢復(fù)數(shù)據(jù)異常后，要回到A重新執(zhí)行導(dǎo)致數(shù)據(jù)異常的指令，因此返回地址應(yīng)該是LR加8。
為方便起見，表3.7總結(jié)了各異常和返回地址的關(guān)系
表3.7 異常和返回地址
異 常 | 地 址 | 用 途 |
復(fù)位 | － | 復(fù)位沒有定義LR |
數(shù)據(jù)中止 | LR－8 | 指向?qū)е聰?shù)據(jù)中止異常的指令 |
FIQ | LR－4 | 指向發(fā)生異常時(shí)正在執(zhí)行的指令 |
IRQ | LR－4 | 指向發(fā)生異常時(shí)正在執(zhí)行的指令 |
預(yù)取指令中止 | LR－4 | 指向?qū)е骂A(yù)取指令異常的那條指令 |
SWI | LR | 執(zhí)行SWI指令的下一條指令 |
未定義指令 | LR | 指向未定義指令的下一條指令 |
3.4.6 在應(yīng)用程序中安裝異常處理程序
1．使用匯編語言安裝異常處理程序
如果系統(tǒng)啟動(dòng)不依賴于Debug或Debug monitor軟件，可以使用匯編語言在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)直接安裝異常處理程序。
下面的例子顯示了系統(tǒng)從0x0地址啟動(dòng)，直接安裝異常處理程序的方法。
Vector_Init_Block
LDR PC, Reset_Addr
LDR PC, Undefined_Addr
LDR PC, SWI_Addr
LDR PC, Prefetch_Addr
LDR PC, Abort_Addr
NOP ;保留向量
LDR PC, IRQ_Addr
LDR PC, FIQ_Addr
Reset_Addr DCD Start_Boot
Undefined_Addr DCD Undefined_Handler
SWI_Addr DCD SWI_Handler
Prefetch_Addr DCD Prefetch_Handler
Abort_Addr DCD Abort_Handler
DCD 0 ;保留向量
IRQ_Addr DCD IRQ_Handler
FIQ_Addr DCD FIQ_Handler
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