s3c2440学习之路-012-0 异常中断基础知识

1. 异常/中断的基本知识介绍

异常/中断是ARM经常用到的处理机制，因此需要好好学习。这里总是写中断/异常是因为中断属于异常的一种，而我们经常听到中断这个词语而少听到异常这个词，所以这些特意写成中断/异常。如果CPU发生中断时，我说CPU发生了异常，你可不能说我讲错了，因此异常包含了中断。

1.1 ARM的7种工作模式

从2440的数据手册中可以看到，ARM920T（2440使用的ARM920T的核） 总共有7种工作模式

模式	作用
用户模式	ARM正常的工作模式
快速中断模式	用来支持数据传输或通道处理
中断模式	通常的中断处理
管理模式	用来保护操作系统
中止模式	在指令或数据处理出错时进入
系统模式	操作系统在模式下有一些特权操作
未定义模式	当执行未定指令时进入此模式

其中的中断模式就是我们常用的中断 ，当ARM处理中断操作时，就进入此模式。

1.2 ARM的异常向量表

当ARM发生异常时，就会把PC的值设置成一个固定的值，让程序跳转到固定的地址执行程序，并进入相应的工作模式。
如：
当发生复位时，PC=0x0, 程序跳转到0地址去执行程序，并进入管理模式。
当发生中断时，PC=0x18, 程序跳转到0x18地址去执行程序，并进入中断模式。
上面的例子中，PC的值由硬件自动帮忙赋值，不需要软件来操作。

从这里可以看出来，想要进入不同的工作模式，就需要发生不同的异常。这里就找到了异常与工作模式的关系。

1.3 重要的寄存器CPSR

如何知道ARM当前处于什么模式呢？ 可以通过查看CPSR(Current Program States Register )寄存器来知道。
CPSR寄存器的bit[0] ~ bit[4] 可以查出ARM当前工作模式。
不过CPSR这种特殊的寄存器不是一般的mov指令可以操作的， 要通过msr,和 mrs来完成对CPSR寄存器的读写。
如

	//读取cpsr 到r0
    mrs r0, cpsr
    //清空r0的低4位
    bic r0, r0, #0xf
    //把r0赋值给cpsr
    msr cpsr, r0

1.4 异常/中断的处理过程

在处理异常/中断时，即有硬件的处理也有软件的处理，主要的流程如下：

1. 某种条件发引起异常

2. 发生异常时硬件的处理，即进入异常
   2.1将返回地址保存在LR（R14）寄存器
   2.2将CPSR复制到SPSR（SPSR 就是专门弄来备份CPSR的）
   2.3设置CPSR的模式位（设置CPSR的bit0~bit4）
   2.4设置PC值为对应的中断/异常向量表(跳到固定地址）

3. 发生异常时软件的处理，即处理异常然后回到异常发生时的位置继续处理
   3.1 设置SP（因为需要通过压栈来保存寄存器和代码跳转）
   3.2 保存现场（将通用的寄存器保存起来）
   3.3 将SPSR赋值给CPSR
   3.4 清除中断标志位（针对中断）
   3.5 恢复现场（将通用的寄存器恢复回去）
   3.6 将LR减去对应的值，再赋值给PC

3.6 将LR减去对应的值，在赋值给PC， 在2440手册中有表格说明LR的值，不过每种模式下LR的值是如何计算的并没有找到说明。

1.5 不同工作模式下的私有寄存器

ARM 通用的寄存器有R0-R15，不过在不同的工作模式下会有一些自己的私有寄存器。
如：
在FIQ模式下，会用到R0-R15，但是R8_fiq-R14_fiq虽然也是叫R8-R14,不过这是FIQ模式下的私有寄存器，不会影响到通用的R8-R14
在Supervisor模式下，会用到R0-R15，但是R13_svc-r14_srv虽然也叫R13-R14, 不过这是Supervisor模式下的私有寄存器，不会影响到通用的R13-R14

综上，用2句话来总结一下

1. 他们是在不同模式下才有的私有寄存器
2. 因为他们的功能时相同的，所以取名也相同，实际上是不同的物理寄存器
   

1.6 总结

看完后需要对以下的几个问题有些基本的了解才行。

1. ARM总共有几种工作模式
2. ARM有多少种异常
3. 异常与工作模式之间有什么关系
4. 在执行完异常后，如何计算LR的返回地址