s3c2440裸机-异常中断1-异常中断的原理与流程

1.异常中断概述

在arm架构的处理器中，cpu有7中工作模式，2中工作状态。

1.CPU模式(Mode)：

7种Mode: 除了usr/sys，其他5种都是异常模式。我们知道中断属于异常的2中，中断有irq,fiq。

除了usr模式，其他6中为特权模式。 CPU无法从usr模式直接进入特权模式。不能直接进入特权模式，那么怎么进入特权模式呢？

可以通过设置CPSR（后面会讲）进入其他模式。

2种工作State:

ARM state
Thumb state(几乎用不上)

3.寄存器:

(1)通用寄存器:

(2)备份寄存器(banked register):

    CPSR:当前程序状态寄存器(Current Program Status Register) 反映程序处在那种状态

    SPSR:CPSR的备份寄存器 (Saved Program Status Register)  用来保存'被中断前的CPSR'

下图是我们arm状态下的通用寄存器和程序状态寄存器

R13是SP（栈指针）

R14是LR（link register），程序跳转或者发成异常时的返回地址

R15是PC（程序计数器）

假设cpu执行：

mov R0, R8
mov R0,R8_fiq

在usr/System 模式下访问的R8, 但是在FIQ模式下，访问R8是访问FIQ模式专属的R8寄存器，不是同一个物理上的寄存器。 在5种异常模式中每个模式都有自己专属的R13 R14寄存器，R13用作SP(栈)， R14(LR)是用来保存发生异常时的指令地址。

为什么快中断(FIQ)有那么多专属寄存器? 这些寄存器称为备份寄存器，我们先看下中断处理流程：

1 保存现场(保存被中断模式的寄存器)---(比如程序正在sys/usr模式下运行，当发生中断时，需要把R0-R14这些寄存器全部保存下来)

2 异常处理（去分辨是哪一个中断源产生了中断，去执行对应的中断服务程序）

3 恢复现场(恢复被中断时保存下来的寄存器R0-R14)

但如果是快中断，那么我就不需要保存系统/用户模式下的R8 ~ R12这几个寄存器，因为在FIQ模式下有自己专属的R8 ~ R12寄存器，省略保存寄存器的时间，加快处理速度，所以它才称得上快中断。

PSR程序状态寄存器： 在异常中断中PSR寄存器会使用的很频繁，PSR寄存器的格式如下图：

我们再来看看下表，反映的是PSR的 M[4:0]与arm工作模式的关系：

我们可以按照上图的对应关系设置CPSR，让其进入与之对应的模式。

4.异常向量表:

异常向量：不同的异常有不同的入口函数，那么这个异常入口函数的地址就是存放在该异常向量的位置。从该异常向量读取到的数据就是异常入口函数的地址。

异常向量表就是由异常向量组成的集合。

下图是我从uboot源代码中截取的smdk2410 的异常向量表：（2440异常向量表也是这个）

.globl _start
_start: b       reset
    ldr pc, _undefined_instruction
    ldr pc, _software_interrupt
    ldr pc, _prefetch_abort
    ldr pc, _data_abort
    ldr pc, _not_used
    ldr pc, _irq
    ldr pc, _fiq

异常向量表对应的地址如下图：

2.异常处理流程

CPU是如何进入到中断模式，执行中断服务程序的？

1.中断前：

下图是中断未触发前的程序执行过程：

那么如何初始化中断？

1，设置中断源（使中断能够产生，让CPU知道是哪个中断）
2，设置中断控制器（设置中断屏蔽，中断优先级）
3，设置中断总开关CPSR (使能中断)

2.中断产生后：

举个栗子：按键按下，产生按键irq。

硬件上的处理流程：

cpu强制跳转到异常向量表上对应的_irq异常向量（0x18）去读取指令（这个是CPU强制执行的，不需要我们去控制）。

具体的进入中断向量和中断返回流程见下图：

进入：
    (1) LR_异常=PC + offset（具体多少看下图）
    （2）SPSR_异常=被中断前的程序模式CPSR
     (3) CPSR被设置成对应的异常模式
    （4）跳转到对应的异常向量去执行

退出（返回）：进入和退出就是一个逆过程
    （1）PC= LR_异常 -offset
    （2）被中断前的程序模式CPSR = SPSR_异常
    （3）中断结束，清中断

进入异常和返回异常时pc和lr的关系如下图：

从图中我们发现进入不同异常，offset的值也是有差异的。

软件上的处理流程：

1.当跳转到irq异常向量(0x18)后，发现该处是一条跳转指令“ldr pc, _irq”,

那么会通过ldr绝对跳转指令跳到到真正的中断处理函数_irq去执行。

2.那么在_irq的函数中我们需要按照之前说的**中断处理流程**去执行：

    （1）保存现场

    （2）异常处理（去分辨是哪一个中断源产生了中断，去执行对应的中断服务程序）

    （3）恢复现场

下面用流程图总结下中断产生后的详细处理过程：