ARM中断异常处理的返回

 

作者：孙晓明，华清远见嵌入式学院讲师。

举个小例子，下面是一段ARM汇编代码：

地址	指令
0x3000	BL add
0x3004	MOV r0,#0
0x3008	MOV r1,#1
0x300C	MOV r2,#2

AREA test,CODE,READONLY
    ENTRY
    Start
         MOV r0,#1
         MOV r1,#1
         BL add
         MOV r0,#0
         MOV r1,#1
    Add
         ADD r0,r0,r1
         MOV r0,r0,r1
         END

当0x3000处的BL指令执行时，会把PC(=0x3008)保存到LR寄存器里面，也就是LR=0x3008。接下来处理器会立即对LR进行一个自动的更新动作：LR=LR-0x4，这样，LR里面的地址为0x3008 – 0x4 = 03004，它是指令”MOV r0,#0”的地址，所以当从子程序add返回时，LR里面正好是正确的返回地址。既是下一条要执行的指令的地址。

（2）中断异常处理函数调用
异常就是正在执行的指令，由于各种软件或硬件故障被打断，比如，在读数据或指令时，访问存储器失败、产生了一个外部硬件中断等。当这些情况发生时，在ARM系统里，由异常和中断处理程序做出相应的处理，当处理完成后，要返回到被中止的指令，使被中止的指令能够继续正常执行下去。因此，确定异常和中断处理程序的返回地址是一个非常重要的问题。

1、中断处理

当外部中断IRQ和FIQ(Fast Interrpt Request,快速中断请求)发生时，ARM核完成一部分工作。当然，这些工作是任何异常发生时都必须要做的，所以ARM处理器就会自动带我们完成。 其它重要的工作，必须由程序员来完成。ARM处理器处理的事包括从用户模式切换到IRQ模式、状态寄存器值的变化及跳转。比如说，处理器自动跳转到从0x0地址开始的异常中断向量表的0x18处，在向量表的0x18处，最简单的指令为”B HandlerIRQ”。

那程序员所要关心的就是实现具体的异常处理程序(HandlerIRQ)。当用ARM汇编语言实现HandlerIRQ函数的时候，如何确定HandlerIRQ函数正确地返回地址，使被中止的指令能够继续正常执行下去。

比较常用的中断处理程序结构如下：

HandlerIRQ ；中断响应，从向量表直接跳来

SUB r14,r14,#4 ；计算返回地址

STMFD r13,{r0-r3,r14} ；保护现场，一般只需要保护{r0-r3,lr}

BL irqHandler ；跳到具体的异常处理函数

LDMFD r13,{r0-r3,pc}^ ；恢复现场

有程序可以看出，通过”SUB R14,R14,#4”计算中断函数的返回地址。那有人一定会问，为什么计算返回地址的时候要减去4呢？

地址	指令
0x3000	BL add
0x3004	MOV r0,#0
0x3008	MOV r1,#1
0x300C	MOV r2,#2

我们看上个表，比如在执行地址为0x3004的move指令时，突然来了一个IRQ中断，这个中断打断了move指令的执行，这个时候就要去跳转到异常处理函数，之后还要返回0x3004地址重新执行move指令。当中断发生时，LR里面保存了用户模式下PC的值，那么当执行地址为0x3004的move指令时，PC的值应该是0x300C，前面介绍过，当发生跳转时，处理器会对LR进行一个自动的更新动作：LR=LR-0x4，这样LR里面的地址是0x300C-0x04=0x3008。但是0x3008并不是我们要的地址，因为中断发生在地址为0x3004的move指令执行的时候，所以中断处理完后应该返回这个地址。 这就是在计算返回地址的时候LR减去4的原因。对于FIQ中断和预取指中止异常，计算返回地址方法和IRQ相同。