Threadx 中断处理-ARM
文章目录
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- ARM寄存器
- ARM两种状态
- ARM 工作模式
- 工作模式切换
- ARM 异常
- ARM异常处理
基于arm v7分析Threadx操作系统的中断处理。
ARM寄存器
ARM V7体系结构共有37个32位寄存器，其中r0-r12为通用寄存器；r13(sp)为栈寄存器，指向栈顶，向下(低地址)增长；r14(LR)是连接寄存器,用来函数调用时存储返回地址，或者中断异常点;r15(pc)为程序计数器,存储当前执行指令下一条指令地址；CPSR寄存器保存程序执行时处理器状态信息；SPSR寄存器用来存储CPSR备份值。
ARM有多种工作模式，每种模式下有自己特殊寄存器，例如，每种模式下都有自己的SPSR物理寄存器。
任何模式下都可以访问R0-R12和CSPR寄存器，只有一份物理寄存器。FIQ模式下可以访问R8_fiq-R14_fiq, 是物理寄存器。
每种模式下(除了sys模式)都有自己的物理寄存器SP,LR，只能在自己的模式下访问对应寄出器。模式切换是，SPSR寄存器用来备份CPSR寄存器。
例如：当前ARM从User模式切换到FIQ模式时，CPSR寄出器值备份到SPSR_fiq,使用SP_fiq,LR_fiq作为当前模式下程序执行的栈寄存器和链接寄存器。
总之，R0-R12为通用寄存器，每种模式都可以访问，每种模式下又有自己的栈寄存器和链接寄存器，以及特有寄存器。
每种模式下特有寄存器好处时，模式切换时可以使用之前寄存器中存储的值，不需要保存或恢复，加快模式切换速率。
** CPSR寄存器 **
所有处理器模式下都可访问当前程序状态寄存器CPSR。CPSR中包含条件码标志、中断禁止位、当前处理器模式以及其他状态和控制信息。在每种异常模式下都有一个对用的程序状态寄存器SPSR。当异常出现时，SPSR用于保存CPSR的状态，以便异常返回后恢复异常发生时的工作状态。
条件码标志
N、Z、C、V，最高4位称为条件码标志。ARM的大多数指令可以条件执行的，即通过检测这些条件码标志来决定程序指令如何执行。
各个条件码的含义如下：
N：在结果是有符号的二进制补码情况下，如果结果为负数，则N=1；如果结果为非负数，则N=0。
Z：如果结果为0，则Z=1;如果结果为非零，则Z=0。
C：其设置分一下几种情况：
对于加法指令（包含比较指令CMN），如果产生进位，则C=1;否则C=0。
对于减法指令（包括比较指令CMP），如果产生借位，则C=0;否则C=1。
对于有移位操作的非法指令，C为移位操作中最后移出位的值。
对于其他指令，C通常不变。
V：对于加减法指令，在操作数和结果是有符号的整数时，如果发生溢出，则V=1;如果无溢出发生，则V=0;对于其他指令，V通常不发生变化。
ARM两种状态
ARM状态：32位，ARM状态执行字对齐的32位ARM指令。
Thumb状态，16位，执行半字对齐的16位指令。
用Bx Rn指令来进行两种状态的切换：
其中Bx是跳转指令，而Rn是寄存器（1个字，32位），如果Rn的位0为1，则进入Thumb状态；如果Rn的位为0，这进入ARM状态。
原 因：ARM指令的后两位始终为0，没有用，而Thumb指令的后一位始终为0，没有用，因此采用位0来表示ARM指令与Thumb指令的切换标志位。
注：ARM和Thumb两种状态之间的切换不影响处理器的工作模式和寄存器的内容。
ARM处理器在处理异常时，不管处理器处于什么状态，则都将切换到ARM状态。
ARM 工作模式
ARM体系架构有7种工作模式，CPSR的低5位定义了当前的处理器模式。
| M[4:0] | 模式 | 意义 |
|---|---|---|
| 10000 | User | 用户模式 |
| 10001 | FIQ | FIQ快速中断模式 |
| 10001 | IRQ | IRQ普通中断模式 |
| 10011 | SVC | 管理模式 |
| 10111 | ABORT | 中止模式 |
| 11011 | UND | 未定义模式 |
| 11111 | SYS | 系统模式 |
用户模式 User
用户模式通常用来执行普通程序，在改模式下不能访问系统寄存器，所以这种模式通常被操作系统来执行应用程序。
快速中断模式 FIQ
快速中断模式用来处理fiq类型中断，通常是高频或低延迟中断。FIQ模式有特有的r8_fiq-r12_fiq等寄存器，因此可以不用存储和恢复自身的环境就可以执行，能够提升处理中断的速度。
普通中断模式 IRQ
大部分中断在普通中断模式处理，中断发生时不能自动备份某些寄存器内容，需要软件在堆栈中备份寄存器，再判断中断来源并处理中断。
管理模式 SVC
管理模式运行操作系统的保护模式，高权限，可以操作系统寄存器。linux系统中内核运行在SVC模式，中断发生后进入FIQ或IRQ，保存好环境会切换到SVC模式，继续进行中断处理。
这里多说一下，linux内核可以运行在SVC,FIQ, IRQ模式，因为从程序角度看，底层代码包括BSP都属于内核，而应用程序运行在用户模式，权限低。
Threadx应用程序和操作系统都运行在SVC模式。
中止模式 ABORT
中止模式用来处理指令预取中止和数据内存访问中止，中止的地址保存在r14_abt中。
未定义模式 UND
未定义模式用来处理由未定义的指令产生的错误，未定义指令保存在r14_abt中。
系统模式 SYS
运行具有特权的任务
工作模式切换
ARM 异常
异常是指是指打断当前处理流程的异步事件或错误条件。发生异常后，ARM处理器试图执行完当前指令，然后暂停指令执行去处理异常，异常处理完后返回继续处理指令。异常又成为中断，中断向量。
arm有七种异常，异常的处理地址从0x0000000到0x000001c，每个字(32位)存放一个中断向量。
| 异常 | 地址 | 工作模式 | 描述 |
|---|---|---|---|
| reset | 0x0000000 | SVC | 复位异常，复位或上电后，arm此开始执行指令 |
| Undefine(undefined instruction) | 0x0000004 | UND | 未定义，当arm试图执行未定义指令时，arm跳转到此处执行 |
| Swi(Software Interrupt ) | 0x0000008 | SVC | 软中断，swi指令执行后，arm跳转到此处执行 |
| Prefetch Abort | 0x00000C | ABT | 当指令预取失败时，arm跳转到此处执行 |
| Data Abort | 0x000010 | ABT | 当数据访问失败时，arm跳转到此处执行 |
| IRQ (Interrupt Request ) | 0x000018 | IRQ | 当普通中断发生时，arm跳转到此处执行 |
| FIQ(Fast Interrupt Request) | 0x00001C | FIQ | 当快速中断发生时，arm跳转到此处执行 |
ARM异常处理
发生异常后处理器硬件执行：
1 ，保存CPSR到新模式的SPSR寄存器中
2，修改CPSR中模式位，切换到新模式
3，修改CPSR:清除Thumb位，中断必须在32位模式处理；如果异常是IRQ，则置I位,禁止IRQ中断；如果异常是FIQ,则置F位和I位，禁止IRQ和FIQ中断。
4，保存PC值到新模式下r14寄存器
5，把对应异常中断向量地址保存到PC程序计数器，后续软件开始处理，从PC地址开始执行。
软件处理；