ARM微處理器的編程模型之：異常中斷處理

作者：時間：2013-09-13 來源：網(wǎng)絡(luò)

加入技術(shù)交流群
- 掃碼加入
  和技術(shù)大咖面對面交流
  海量資料庫查詢

本文引用地址：http://yuyingmama.com.cn/article/257085.htm

3.4.5 從異常處理程序中返回

當(dāng)一個異常處理返回時，一共有3件事情需要處理：通用寄存器的恢復(fù)、狀態(tài)寄存器的恢復(fù)以及PC指針的恢復(fù)。通用寄存器的恢復(fù)采用一般的堆棧操作指令即可，下面重點介紹狀態(tài)寄存器的恢復(fù)以及PC指針的恢復(fù)。

1．恢復(fù)被中斷程序的處理器狀態(tài)

PC和CPSR的恢復(fù)可以通過一條指令來實現(xiàn)，下面是3個例子。

· MOVS PC，LR

· SUBS PC，LR，＃4

· LDMFD SP!，{PC}^

這幾條指令是普通的數(shù)據(jù)處理指令，特殊之處在于它們把程序計數(shù)器寄存器PC作為目標(biāo)寄存器，并且?guī)Я颂厥獾暮缶Y“S”或“^”。其中“S”或“^”的作用就是使指令在執(zhí)行時，同時完成從SPSR到CPSR的拷貝，達(dá)到恢復(fù)狀態(tài)寄存器的目的。

2．異常的返回地址

異常返回時，另一個非常重要的問題就是返回地址的確定。前面提到過，處理器進(jìn)入異常時會有一個保存LR的動作，但是該保持值并不一定是正確中斷的返回地址。以一個簡單的指令執(zhí)行流水狀態(tài)圖來對此加以說明，如圖3.7所示。

圖3.7 3級流水線示例

在ARM架構(gòu)里，PC值指向當(dāng)前執(zhí)行指令地址加8。也就是說，當(dāng)執(zhí)行指令A(yù)（地址0x8000）時，PC等于0x8000+8=0x8008，即等于指令C的地址。假設(shè)指令A(yù)是BL指令，則當(dāng)執(zhí)行時，會把PC值（0x8008）保存到LR寄存器。但是，接下來處理器會對LR進(jìn)行一次自動調(diào)整，使LR=LR－0x4。所以，最終保存在LR里面的是圖3.5中所示的B指令地址。所以當(dāng)從BL返回時，LR里面正好是正確的返回地址。

同樣的跳轉(zhuǎn)機制在所有的LR自動保存操作中都存在。當(dāng)進(jìn)入中斷響應(yīng)時，處理器對保存的LR也進(jìn)行一次自動調(diào)整，并且跳轉(zhuǎn)動作也是LR=LR－0x04。由此，就可以對不同異常類型的返回地址依次比較。

假設(shè)在指令B處（地址0x8004）發(fā)生了異常，進(jìn)入異常相應(yīng)后，LR經(jīng)過跳轉(zhuǎn)保存的地址值應(yīng)該是C的地址0x8008。

（1）軟中斷異常

如果發(fā)生軟中斷異常，即指令B為SWI指令，從SWI中斷返回后下一條執(zhí)行指令就是C，正好是LR寄存器保存的地址，所以只有直接把LR恢復(fù)給PC即可。

（2）IRQ或FIQ異常

如果發(fā)生的是IRQ或FIQ異常，因為外部中斷請求中斷了正在執(zhí)行的指令B，當(dāng)中斷返回后，需要重新回到B指令執(zhí)行，也就是說，返回地址應(yīng)該是B（0x8004），需要把LR減4送PC。

（3）Data Abort數(shù)據(jù)中止異常

在指令B處進(jìn)入數(shù)據(jù)異常的相應(yīng)，但導(dǎo)致數(shù)據(jù)異常的原因卻應(yīng)該是上一條指令A(yù)。當(dāng)中斷處理程序恢復(fù)數(shù)據(jù)異常后，要回到A重新執(zhí)行導(dǎo)致數(shù)據(jù)異常的指令，因此返回地址應(yīng)該是LR加8。

為方便起見，表3.7總結(jié)了各異常和返回地址的關(guān)系

表3.7 異常和返回地址

異常	地址	用途
復(fù)位	－	復(fù)位沒有定義LR
數(shù)據(jù)中止	LR－8	指向?qū)е聰?shù)據(jù)中止異常的指令
FIQ	LR－4	指向發(fā)生異常時正在執(zhí)行的指令
IRQ	LR－4	指向發(fā)生異常時正在執(zhí)行的指令
預(yù)取指令中止	LR－4	指向?qū)е骂A(yù)取指令異常的那條指令
SWI	LR	執(zhí)行SWI指令的下一條指令
未定義指令	LR	指向未定義指令的下一條指令