arm工作模式——异常和中断使用方法

Arm920T寄存器简单介绍：
R1-R15：通用寄存器
R13：栈指针寄存器
R14：程序连接寄存器，当执行BL子程序调用指令时，R14中得到R15（程序计数寄存器pc）的备份，而当
        发生中断或异常时，对应的R14_svc、R14_irq等保存R15返回值。
R15：程序计数器pc
CPSR:当前程序状态寄存器
       1、T位（1位） Thumb/Arm。
       2、I位与F位（5、6位）IRQ中断、FIQ中断开关。
SPSR：程序状态保存寄存器，SPSR中保存前一个工作模式的CPSR值。

    异常发生时，将切换进入相应的异常模式，ARM920T cpu核自动完成如下工作，注意是自动完成。
1、在异常模式的连接寄存器R14中保存前一个工作模式的下一条即将执行的指令地址（R15->R14_xxx）,
    对于ARM状态，这个值是当前pc值加4或加8。
2、将CPSR的值复制到异常模式的SPSR（CPSR->SPSR）。（所用模式共用一个CPSR，各异异常模式有一个
    自己的SPSR，用于保存前一个模式下的CPSR值）。
3、将CPSR的工作模式位设置为这个异常模式对应的工作模式。
4、令pc值等于这个异常模式在异常向量表中的地址，即跳转去执行异常向量表中的相应指令。

    相反地，从异常模式回到之前的工作模式，需要通过软件完成如下事情：
1、将异常模式下的R14减去一个适当值后赋给pc寄存器。
2、将SPSR的值复制回CPSR。
    退出异常时pc的值计算方法见韦东山的《嵌入式Linux应用开发完全手册》表9.1 p146。

    中断处理过程：
1、中断控制器汇集各类外设发出的中断信号，然后告诉cpu。
2、cpu保存当前程序的运行环境，调用中断服务程序（ISR，Interrupt Service Rountine）。
3、在ISR中通过读取中断控制器，外设的相关寄存器来识别这是哪一个中断，并进行相应的处理。
4、清除中断，通过读写中断控制器和外设的相关寄存器实现。
5、恢复运行环境，继续执行。

    各寄存器用途：
SUBSRCPND：标识INT_RXD0、INT_TXD0等中断是否已经发生。
INTSUBMSK：屏蔽SUBSRCPND寄存器所标识的中断。
SRCPND：每一位用来表示一个（或一类）中断是否已经发生，两类中断，这两类中断是：使用
               SUBSRCPND/INTSUBMSK控制的中断request source(with sub register)使用SRCPND/INTMSK
               控制的中断request source(without sub register)。
INTMSK:屏蔽SRCPND寄存器所标识的中断。
INTMOD：某位被置1时，它对应的中断被设为FIQ。同一时刻只能设置其中的一位，只能设置一个FIQ。
PRIORITY：优先级仲裁器。多个普通中断同时发生的时候，根据这个寄存器找出优先级最高的处理。
INTPND：cpu即将处理的中断标志。同一时刻只能设置其中1位，ISR中可根据这个位确定发生的是哪个中断。
INTOFFSET：表示INTPND哪位被置1。

      中断有两类，是request_source(without sub register)和request_source(with usb register),这两类对
应不同的屏蔽寄存器（INTMSK和INTSUBMSK）和发生中断的标志寄存器（SRCPND和SUBSRCPND）。

      如果被触发的中断有快速中断（IFQ）（INTMOD寄存器中为1的为对应的是FIQ），则cpu进如快中断处理。若几个IRQ同时，则选出优先级最高的，其在INTPND寄存器中的相应位被置1，然后cpu进入中断模式处理。
      中断服务程序可通过读取INTPND寄存器或者INTOFFSET寄存器来确定中断源。
      优先级在PRIORITY寄存器设置。

中断使用：
（1）、设置好中断与快中断模式下的栈
（2）、准备好中断处理函数
              1、异常向量
                          在异常向量表中设置好当进入中断模式或快中断模式时的跳转函数，他们的异常向量地
                          址分别是0x00000018、0x0000001c。
             2、中断服务程序（ISR）
                          跳转函数最终调用具体的中断服务函数，对于IRQ、读取INTPND寄存器或INTOFFSET寄存
                          器的值来确定中断源，然后分别处理，对于FIQ，无须判断。
             3、清除中断
                          可在调用ISR之前，也可以在ISR之后，取决于是否嵌套。
                          清除顺序：1外设 2SUBSRCPND（用到的话）SRCPND中相应的位 3 轻INTPND相应位。
（3）进入、退出中断模式或快速中断模式是，需要保存、恢复被中断程序的运行环境。
             1、对于IRQ，进入和退出的代码如下：              

		sub lr,lr,#4            @计算返回地址
		stmdb	sp!,{r0-r12,lr}	@保存使用到的寄存器
		......  		@处理中断
		ldmia	sp!,{r0-r12,pc}^@中断返回
					@ ^ 表示将spsr的值赋给cpsr

             2、对于FIQ、进入和退出的代码如下：                            

		sub lr,lr #4			@计算返回地址
		stmdb 	sp!,{r0-r7,lr}		@保存使用到的寄存器
		……				@处理快速中断
		ldima	sp!,{r0-r7，pc}^	@ ^ 表示将spsr的值赋给cpsr

（4）根据具体中断，设置相关外设。比如对于GPIO中断，需要将相应的引脚的功能设为“外部中断”、设置
        中断触发条件（低电 平触发、高电平触发、下降沿触发还是上升沿触发）等。一些中断拥有自己的屏
        蔽寄存器，还要开启他。
（5）对于“request sources(without sub-register)"中的中断，将INTSUBMSK寄存器中相应的位设为0。
（6）确定使用此中断的方式：FIQ或IRQ。
            如果是FIQ，则在INTMOD寄存器中设置相应的位为1.
            如果是IRQ，则在RIORITY寄存器中设置优先级。
（7）如果是IRQ，将INTMSK寄存器中相应位设为0（IFQ不受INTMSK寄存器控制）。
（8）设置CPSR寄存器中的I-bit(对于IRQ)或F-bit(对于FIQ)为0，使能IRQ或IFQ。


中断实例：在JZ2440开发板上，把K1-K4四个按键所接的CPU引脚设成外部中断功能。本程序的main函数是一
个不做任何事情的无限循环，程序的功能完全靠中断来驱动：当按下某个按键时，CPU调用其中断服务程序

来点亮对应的LED。主要看一下head.S和interrupt.c

@******************************************************************************
@ File：head.S
@ 功能：初始化，设置中断模式、管理模式的栈，设置好中断处理函数
@******************************************************************************       
   
.extern     main
.text 
.global _start 
_start:
@******************************************************************************       
@ 异常向量，本程序中，除Reset和HandleIRQ外，其它异常都没有使用
@******************************************************************************       
    b   Reset

@ 0x04: 未定义指令中止模式的向量地址
HandleUndef:
    b   HandleUndef 
 
@ 0x08: 管理模式的向量地址，通过SWI指令进入此模式
HandleSWI:
    b   HandleSWI

@ 0x0c: 指令预取终止导致的异常的向量地址
HandlePrefetchAbort:
    b   HandlePrefetchAbort

@ 0x10: 数据访问终止导致的异常的向量地址
HandleDataAbort:
    b   HandleDataAbort

@ 0x14: 保留
HandleNotUsed:
    b   HandleNotUsed

@ 0x18: 中断模式的向量地址
    b   HandleIRQ

@ 0x1c: 快中断模式的向量地址
HandleFIQ:
    b   HandleFIQ

Reset:                  
    ldr sp, =4096           @ 设置栈指针，以下都是C函数，调用前需要设好栈
    bl  disable_watch_dog   @ 关闭WATCHDOG，否则CPU会不断重启
    
    msr cpsr_c, #0xd2       @ 进入中断模式
    ldr sp, =3072           @ 设置中断模式栈指针

    msr cpsr_c, #0xd3       @ 进入管理模式
    ldr sp, =4096           @ 设置管理模式栈指针，
                            @ 其实复位之后，CPU就处于管理模式，
                            @ 前面的“ldr sp, =4096”完成同样的功能，此句可省略

    bl  init_led            @ 初始化LED的GPIO管脚
    bl  init_irq            @ 调用中断初始化函数，在init.c中
    msr cpsr_c, #0x53       @ 设置I-bit=0，开IRQ中断
    
    ldr lr, =halt_loop      @ 设置返回地址
    ldr pc, =main           @ 调用main函数
halt_loop:
    b   halt_loop

HandleIRQ:
    sub lr, lr, #4                  @ 计算返回地址
    stmdb   sp!,    { r0-r12,lr }   @ 保存使用到的寄存器
                                    @ 注意，此时的sp是中断模式的sp
                                    @ 初始值是上面设置的3072
    
    ldr lr, =int_return             @ 设置调用ISR即EINT_Handle函数后的返回地址  
    ldr pc, =EINT_Handle            @ 调用中断服务函数，在interrupt.c中
int_return:
    ldmia   sp!,    { r0-r12,pc }^  @ 中断返回, ^表示将spsr的值复制到cpsr

interrupt.c:

#include "s3c24xx.h"

void EINT_Handle()
{
    unsigned long oft = INTOFFSET;
    unsigned long val;
    
    switch( oft )
    {
        // S2被按下
        case 0: 
        {   
            GPFDAT |= (0x7<<4);   // 所有LED熄灭
            GPFDAT &= ~(1<<4);      // LED1点亮
            break;
        }
        
        // S3被按下
        case 2:
        {   
            GPFDAT |= (0x7<<4);   // 所有LED熄灭
            GPFDAT &= ~(1<<5);      // LED2点亮
            break;
        }

        // K4被按下
        case 5:
        {   
            GPFDAT |= (0x7<<4);   // 所有LED熄灭
            GPFDAT &= ~(1<<6);      // LED4点亮                
            break;
        }

        default:
            break;
    }

    //清中断
    if( oft == 5 ) 
        EINTPEND = (1<<11);   // EINT8_23合用IRQ5
    SRCPND = 1<