异常与中断的概念引入及处理流程

1 中断的引入

取个场景解释中断。

假设有个大房间里面有小房间，婴儿正在睡觉，他的妈妈在外面看书。

问：这个母亲怎么才能知道这个小孩醒？

• 过一会打开一次房门，看婴儿是否睡醒，让后接着看书
• 一直等到婴儿发出声音以后再过去查看，期间都在读书

1.1 查询方式

第一种叫做查询方式：

• 优点：简单。
• 缺点： 累。

写程序如下：

while(1)
{
	1 read book(读书)
	2 open door（开门）
	if(睡)
		return(read book)
	else
		照顾小孩
	
}

1.2 中断方式

第二种叫中断方式：

• 优点：不累。
• 缺点：复杂。

写程序如下：

while(1)
{
	read book
	中断服务程序()//如何被调用？
	{
		处理照顾小孩
	}
}

我们看看母亲被小孩哭声打断如何照顾小孩？

母亲的处理过程:

1. 平时看书
2. 发生了各种声音，如何处理这些声音
   - 有远处的猫叫（听而不闻，忽略）
   - 门铃声有快递（开门收快递）
   - 小孩哭声（打开房门，照顾小孩）
3. 母亲的处理

只会处理门铃声和小孩哭声：

1. 现在书中放入书签，合上书(保存现场)
2. 去处理 (调用对应的中断服务程序)
3. 继续看书(恢复现场)

不同情况，不同处理：

1. 对于门铃：开门取快件
2. 对于哭声:照顾小孩

我们将母亲的处理过程抽象化——母亲的头脑相当于CPU：
耳朵听到声音会发送信号给脑袋，声音来源有很多种，有远处的猫叫，门铃声，小孩哭声。这些声音传入耳朵，再由耳朵传给大脑，除了这些可以中断母亲的看书，还有其他情况，比如身体不舒服，有只蜘蛛掉下来，对于特殊情况无法回避，必须立即处理。

1.3 ARM系统的中断处理方式

对比我们的arm系统：

有CPU，有中断控制器。中断控制器可以发信号给CPU告诉它发生了那些紧急情况，中断源有按键、定时器、有其它的（比如网络数据）。这些信号都可以发送信号给中断控制器，再由中断控制器发送信号给CPU表明有这些中断产生了，这些成为中断(属于一种异常)。

还有什么可以中断CPU运行？指令不对，数据访问有问题，reset信号，这些都可以中断CPU，这些称为为异常。

1.4 中断处理的重点–保护现场以及恢复现场

处理过程：

1. 保存现场(各种寄存器)
2. 处理异常(中断属于一种异常)
3. 恢复现场

arm对异常(中断)处理过程：

1. 初始化:
   - 设置中断源，让它可以产生中断
   - 设置中断控制器(可以屏蔽某个中断，优先级)
   - 设置CPU总开关，(使能中断)

2. 执行其他程序:正常程序。

3. 产生中断:按下按键—>中断控制器—>CPU。

4. cpu每执行完一条指令都会检查有无中断/异常产生

5. 发现有中断/异常产生，开始处理。对于不同的异常，跳去不同的地址执行程序。这地址上，只是一条跳转指令，跳去执行某个函数(地址)，这个就是异常向量。如下就是异常向量表,对于不同的异常都有一条跳转指令。

.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 //发生中断时，CPU跳到这个地址执行该指令 **假设地址为0x18**
	ldr	pc, _fiq
//我们先在0x18这里放 ldr pc ,__irq,于是cpu最终会跳去执行__irq代码
//保护现场，调用处理函数，恢复现场

(3-5都是硬件强制做的)。

6. 这些函数做什么事情?
   软件做的:
   a 保存现场(各种寄存器)
   b 处理异常(中断):
   　　　分辨中断源
   　　　再调用不同的处理函数
   c 恢复现场

对比母亲的处理过程来比较arm中断的处理过程。

中断处理程序怎么被调用？
CPU—>0x18 --跳转到其他函数->
　　做保护现场　
　　调用函数
　　　　分辨中断源
　　　　调用对应函数
　　恢复现场
　　
cpu到0x18是由硬件决定的，跳去执行更加复杂函数(由软件决定)。