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1、第7章 ARM异常中断处理及编程 7.1 ARM异常中断处理概述7.2 ARM体系异常中断种类7.3 ARM应用系统中异常中断处理程序的安装7.4 ARM的SWI异常中断处理程序设计7.5 FIG和IRQ异常中断程序设计7.6 基于ARM9芯片S3C2410异常中断程序设计第7章 ARM异常中断处理及编程 本章的主要内容：ARM异常中断处理概述 异常中断的进入与退出 应用程序中异常中断处理程序的安装 SWI异常中断处理程序 FIQ和IRQ异常中断处理程序 复位异常中断处理程序 未定义异常中断 指令预取中止异常中断处理程序 数据访问中止异常中断处理程序第7章 ARM异常中断处理及编程 7.1 A
2、RM异常中断处理概述 ARM异常中断处理需要实现中断的响应、解析跳转和返回 等操 作，以便支持上层应用程序的开发。 当异常中断发生时，系统执行完当前指令后，将跳转到相 应的异常中断处理程序处执行。 当异常中断处理程序执行完成后，程序返回到发生中断的 指令的下一条指令处执行。 进入异常中断处理程序时，要保存被中断的程序的执行现 场。从异常中断处理程序退出时，要恢复被中断的程序的执行 现场。 ARM体系中常在存储地址的低端固化了一个32字节的硬件 中断向量表，用来指定各异常中断及其处理程序的对应关系。第7章 ARM异常中断处理及编程 当一个异常出现后，ARM微处理器执行以下操作： （1）保存处理器
3、当前状态、中断屏蔽位以及各条件标志位； （2）设置当前程序状态寄存器CPSR中相应的位； （3）将寄存器lr_mode设置成返回地址； （4）将程序计数器(PC)值设置成该异常中断的中断向量地址 ，从而跳转到相应的异常中断处理程序处执行。 接收到中断请求后，ARM处理器内核会自动执行以上四 步，程序计数器PC总是跳转到相应的固定地址。从异常中断处理程序中返回： （1）恢复被屏蔽的程序的处理器状态； （2）返回到发生异常中断的指令的下一条指令处继续执行。 当异常中断发生时，程序计数器PC所指的位置对于各种不同 的异常中断是不同的，同样，返回地址对于各种不同的异常 中断也是不同的。第7章 ARM异
4、常中断处理及编程 7.2 ARM体系异常中断种类ARM处理器中主要有7个异常（2个中断异常）复位（RESET)未定义的指令软件中断指令与取终止（PrefechAbort)数据访问终止（DATAABORT）外部中断请求(IRQ)快速中断请求（FIQ） 第7章 ARM异常中断处理及编程 7.2.1异常中断向量表及异常中断优先级在ARM体系中，异常中断向量表的大小为32字节，每异常中断占4个字节。每个异常中断对应的中断向量表中的4个字节的空间中存放了一条跳转指令或者一条向PC寄存器中赋值的数据访问指令。第7章 ARM异常中断处理及编程 第7章 ARM异常中断处理及编程 1复位异常在以ARM为核的系统
5、中，引起复位的原因有：上电复位复位引脚上的复位脉冲对系统电源检测发现过压或欠压。时钟异常复位。ARM处理器复位后，将进行以下操作：强制进入管理模式；强制进入ARM状态； 跳转到绝对地址PC=0x00000000处执行；禁止IRQ中断和FIQ中断。第7章 ARM异常中断处理及编程 复位后，程序状态寄存器如下：.IFTM4M3M2M1M0 110 10011上电复位后，进入管理模式，执行操作系统程序，一般用做对系统初始化，例如开中断等；然后切换到用户模式，开始执行正常的用户程序。第7章 ARM异常中断处理及编程 切换到用户模式可使用下列程序：MRS R0，CPSR ；读状态寄存器BIC R0，R0
6、，#03 ；把末两位清0MSR CPRS_c，R0 ；把修改后的值加载给；状态寄存器，切换结束. ；用户程序第7章 ARM异常中断处理及编程 2未定义指令异常ARM的未定义指令异常有以下两种情况： （1）遇到一条没有定义指令； （2）执行一条对协处理器的操作指令没有应答。未定义异常中断时，状态寄存器中的F位不变。使用下列指令退出异常中断，返回原程序 。 把下一条指令的地址拷贝给LR； 把程序状态寄存器CPSR拷贝给SPSR_und； 强制进入未定义模式； 强制进入到ARM模式； 跳转到绝对地址PC=0x00000004处执行； 禁止IRQ中断。第7章 ARM异常中断处理及编程 进入中断后，程序
7、状态寄存器如下：. .IF T M 4M 3M 2M 1M 0 1 x 0 1 10 1 1未定义异常中断返回时，使用下列指令返回到原中断处：MOVS PC，R14.第7章 ARM异常中断处理及编程 3软件中断异常是由指令SWI引起的。程序在执行这一指 令后，进入异常中断。处理器响应中断，硬件 执行如下的操作： 把下一条指令的地址拷贝给LR； 把程序状态寄存器CPSR拷贝给SPSR_svc； 强制进入管理模式； 强制进入到ARM状态； 跳转到绝对地址PC=0x00000008处执行； 禁止IRQ中断。第7章 ARM异常中断处理及编程 进入中断后的程序状态寄存器如下：. .IF T M 4M 3
8、M 2M 1M 0 1 x 0 1 00 1 1软件中断处理程序完成后，使用下列指令返回到原中断处：MOVS PC，R14第7章 ARM异常中断处理及编程 4预取指中止异常程序存储器引起的中止异常叫做预取指中止异常；数据存储器引起的中止异常叫做数据中止异常。有两种可能如下：当执行这条指令前程序发生跳转，则这条无效指令不引起异常中断；当执行到这条指令时，处理器会发生预取指中止异常，引起中断。第7章 ARM异常中断处理及编程 当进入预取指异常中断时，处理器硬件响应中断，执行以下的操作：把中断时PC的地址拷贝给LR；把程序状态寄存器CPSR拷贝给SPSR_abt；强制进入中止异常模式；强制进入到AR
9、M状态；跳转到绝对地址PC=0x0000000C处执行；禁止IRQ中断。第7章 ARM异常中断处理及编程 进入中断后，程序状态寄存器如下：. .IF T M 4M 3M 2M 1M 0 1 x 0 1 01 1 1预取指中止异常中断返回时，应该执行下列指令：SUBS PC，R14，#4.第7章 ARM异常中断处理及编程 5数据中止异常ARM处理器访问数据存储器时，在读取数据的同时数据存储器发出了中止信号，引起数据中止异常。数据中止异常中断服务程序返回时，用下列指令： SUBS PC，R14，#8上述指令是返回到中断时所执行的指令，目的是再一次从数据存储器中读取数据。如果不再一次读取数据，则执行
10、下一条指令，此时使用下列指令返回：SUBS PC，R14，#4第7章 ARM异常中断处理及编程 当进入数据中止异常中断时，处理器硬件响应中断，执行以下的操作：把中断时的PC的地址拷贝给LR；把程序状态寄存器CPSR拷贝给SPSR_abt；强制进入中止异常模式；强制进入到ARM状态；跳转到绝对地址PC=0x00000010处执行；禁止IRQ中断。第7章 ARM异常中断处理及编程 进入中断后，程序状态寄存器如下：. .IF TM 4M 3M 2M 1M 0 1 x 0 1 01 1 1第7章 ARM异常中断处理及编程 6中断请求（IRQ）异常当I=1时。则屏蔽IRQ中断，当I=0时，则允许中断。处
11、理器复位后置I为1，关闭中断。ARM系统中外设通过该异常中断请求处理服务。例如：定时器中断、串行口通讯中断、外部信号中断和A/D处理中断等。IRQ中断是可屏蔽的。在状态寄存器中的I位就是IRQ的屏蔽位。第7章 ARM异常中断处理及编程 当发生IRQ中断时，处理器硬件响应中断，执行下列操作：把中断时的PC的地址值拷贝给LR；把程序状态寄存器CPSR拷贝给SPSR_irq； 强制进入IRQ异常模式；强制进入到ARM状态；跳转到绝对地址PC=0x00000018处执行；禁止IRQ中断。第7章 ARM异常中断处理及编程 进入中断后，程序状态寄存器如下：. .IF T M 4M 3M 2M 1M 0 1
12、 x 0 1 00 1 0完成中断处理后，程序执行下列返回原中断处：SUBS PC.R14，#4.第7章 ARM异常中断处理及编程 7.2.2 支持中断跳转 的解析程序 （1）解析程序的概 念和作用中断解析程序是为 了使得上层应用程序 与硬件中断跳转联系 起来所编写一段中间 的服务程序。中断跳转流程图 如图7.1所示。第7章 ARM异常中断处理及编程 （2）解析过程以一次IRQ跳转为例说明解析过程，假定中断向量表定义 在0x00400000开始的外部RAM空间，中断解析示例流程如图7.2 所示。图中实线表示的流程都用ARM汇编语言编写，一般作为 boot代码的一部分放在系统的底层模块中。填写向
13、量表的操作 可以在上层应用程序中方便地实现，比如在C语言中： *( int *(0x00400018) = (int) ISR_IRQ；这样就将IRQ中断的服务程序 入口地址（0x00300260）填写到中断向量表中的固定地址 0x00400018开始的4字节空间了。这样就可避免在应用程序中计算中断的跳转地址，并可 很方便的选择不同的函数作为指定中断的服务程序。当然，在 程序开发时要合理开辟好向量表，避免对向量表地址空间不必 要的写操作。 第7章 ARM异常中断处理及编程 第7章 ARM异常中断处理及编程 （3）解析程序的扩展在ARM处理器中会包含很多中断源，通常 会在ARM内核外面扩展一个中
14、断控制器来管理 各种原因产生的中断。如，三星公司的S3C4510B处理器中的 IRQ/FIQ类型的中断源可以有21个S3C44B0X有26个。解析程序的扩展处理流程可用图7.3表示。7.3 中断解析的扩展处理流程第7章 ARM异常中断处理及编程 7.3 中断解析的扩展处理流程第7章 ARM异常中断处理及编程 (4) 向量中断的处理在设计外部扩展的中断控制器时提供了一种叫 做“向量中断”的中断跳转机制。与前面叙述的扩 展解析跳转流程有所不同，它不需要软件来识别具 体的中断源，也就是不需要添加图7.3中的IRQ/FIQ 服务程序，而完全由硬件自动跳转到对应的中断地 址。其它跳转流程的原理都是一样的
15、。这相当于扩 展了ARM内核的硬件中断向量表，减小了中断响应 延时。以S3C2410X处理器的外部中断0为例，需要 在其对应的硬件固定跳转地址0x00000020处添加指 令： ldr pc,=HandlerEINT，使得程序跳转到其服务 程序HandlerEINT0处执行。向量中断的处理如图7.4 所示。第7章 ARM异常中断处理及编程 图7.4 向量中断的处理 第7章 ARM异常中断处理及编程 7.3 中断解析的扩展处理流程7.3 ARM应用系统中异常中断处理程序的安装在ARM应用程序中安装异常中断处理程序通常有下 列两种方法。 使用跳转指令：可以在异常中断对应异常向量表 中特定位置放置一
16、条跳转指令，直接跳转到该异常中 断的处理程序。但只能在32M空间范围内跳转。 使用数据读取指令LDR：使用数据读取指令LDR 向程序计数器PC中直接赋值。这种方法分为两步：先 将异常中断处理程序的绝对地址存放在距离向量表 4KB范围内的一个存储单元中；再使用数据读取指令 LDR将该单元的内容读取到程序计数器PC中。第7章 ARM异常中断处理及编程 7.3 中断解析的扩展处理流程7.3.1 在系统复位时安装异常中断处理程序1地址0x00处为ROM的情况当地址0x0处为ROM时:在异常中断向量表中，可以使用数据读取指令LDR直接向程序计数器PC中赋值，也可以直接使用跳转指令跳转到异常中断处理程序。第7章 ARM异常中断处理及编程 使用数据读取指令LDR的示例如下所示： Vector_Ini
