ARM异常处理

一、异常

概念

处理器在正常执行程序的过程中可能会遇到一些不正常的事件发生
这时处理器就要将当前的程序暂停下来转而去处理这个异常的事件
异常事件处理完成之后再返回到被异常打断的点继续执行程序

二、异常处理机制

不同的处理器对异常的处理的流程大体相似，但是不同的处理器在具体实现的机制上有所不同；比如处理器遇到哪些事件认为是异常事件遇到异常事件之后处理器有哪些动作、处理器如何跳转到异常处理程序如何处理异常、处理完异常之后又如何返回到被打断的程序继续执行等我们将这些细节的实现称为处理器的异常处理机制

三、ARM异常源

概念

导致异常产生的事件称为异常源

ARM异常源

FIQ				快速中断请求引脚有效		
IRQ				外部中断请求引脚有效
Reset			复位电平有效
Software Interrupt	执行swi指令
Data Abort			数据终止
Prefetch Abort		指令预取终止
Undefined Instruction	遇到不能处理的指令

四、ARM异常模式

异常模式

在ARM的基本工作模式中有5个属于异常模式，即ARM遇到异常后会切

换成对应的异常模式

五、ARM异常响应

ARM产生异常后的动作（自动完成）

1. 拷贝CPSR中的内容到对应异常模式下的SPSR_
2. 修改CPSR的值
   2.1.修改中断禁止位禁止相应的中断
   2.2.修改模式位进入相应的异常模式 产生异常
   2.3.修改状态位进入ARM状态
3. 保存返回地址到对应异常模式下的LR_
4. 设置PC为相应的异常向量（异常向量表对应的地址）

CPSR寄存器

CPSR(Current Program Status Register)，当前程序状态寄存器

ARM寄存器

注
在某个特定模式下只能使用当前模式下的寄存器，一个模式下特有的寄存器其他模式下不可使用

六、异常向量表

异常向量表

异常向量表的本质是内存中的一段代码
表中为每个异常源分配了四个字节的存储空间
遇到异常后处理器自动将PC修改为对应的地址
因为异常向量表空间有限一般我们不会再这里写异常处理程序，而是在对应的位置写一条跳转指令使其跳转到指定的异常处理程序的入口

注：ARM的异常向量表的基地址默认在0x00地址但可以通过配置协处理器来修改其地址

七、异常返回

ARM异常返回的动作（自己编写）

1. 将SPSR_的值复制给CPSR使处理器恢复之前的状态

2. 将LR_的值复制给PC使程序跳转回被打断的地址继续执行
   

八、IRQ异常举例

注：整个过程CPSR保存的永远是当前程序运行状态SPSR只是异常时对原来的CPSR进行备份

九、异常优先级

多个异常同时产生时的服务顺序

Reset					优先级最高
Data Abort
FIQ
IRQ
Prefetch Abort
Software Interrupt
Undefined instruction	优先级最低

十、FIQ和IRQ

FIQ的响应速度比IRQ快

1. FIQ在异常向量表位于最末
   可直接把异常处理写在异常向量表之后，省去跳转
2. FIQ模式有5个私有寄存器(R8-R12)
   执行中断处理程序前无需压栈保存寄存器，可直接处理中断
3. FIQ的优先级高于IRQ
   3.1 两个中断同时发生时先响应FIQ
   3.2 FIQ可以打断RIQ，但RIQ不能打断FIQ