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ARM处理器异常处理
2014-11-24 11:20:32 来源: 作者: 【 】 浏览:4
Tags:ARM 处理器 异常 处理

所谓异常就是正常的用户程序被暂时中止,处理器就进入异常模式,例如响应一个来自外设的中断,或者当前程序非法访问内存地址都会进入相应异常模式。


1)复位异常


CPU刚上电时或按下reset重启键之后进入该异常,该异常在管理模式下处理。


2)一般/快速中断请求


CPU和外部设备是分别独立的硬件执行单元,CPU对全部设备进行管理和资源调度处理,CPU要想知道外部设备的运行状态,要么CPU定时的去查看外部设备特定寄存器,要么让外部设备在出现需要CPU干涉处理时“打断”CPU,让它来处理外部设备的请求,毫无疑问第二种方式更合理,可以让CPU“专心”去工作,这里的“打断”操作就叫做中断请求,根据请求的紧急情况,中断请求分一般中断和快速中断,快速中断具有最高中断优先级和最小的中断延迟,通常用于处理高速数据传输及通道的中数据恢复处理,如DMA等,绝大部分外设使用一般中断请求。


3)预取指令中止异常


该异常发生在CPU流水线取指阶段,如果目标指令地址是非法地址进入该异常,该异常在中止异常模式下处理。


4)未定义指令异常


该异常发生在流水线技术里的译码阶段,如果当前指令不能被识别为有效指令,产生未定义指令异常,该异常在未定义异常模式下处理。


5)软件中断指令(swi)异常


该异常是应用程序自己调用时产生的,用于用户程序申请访问硬件资源时,例如:printf()打印函数,要将用户数据打印到显示器上,用户程序要想实现打印必须申请使用显示器,而用户程序又没有外设硬件的使用权,只能通过使用软件中断指令切换到内核态,通过操作系统内核代码来访问外设硬件,内核态是工作在特权模式下,操作系统在特权模式下完成将用户数据打印到显示器上。这样做的目的无非是为 保护操作系统的安全和硬件资源的合理使用,该异常在管理模式下处理。


6)数据中止访问异常


该异常发生在要访问数据地址不存在或者为非法地址时,该异常在中止异常模式下处理。


在异常发生后,ARM内核会自动做以下工作:


l 保存执行状态:将CPSR复制到发生的异常模式下SPSR中;


l 模式切换:将CPSR模式位强制设置为与异常类型相对应的值,同时处理器进入到ARM执行模式,禁止所有IRQ中断,当进入FIQ快速中断模式时禁止FIQ中断;


l 保存返回地址:将下一条指令的地址(被打断程序)保存在LR(异常模式下LR_excep)中。


l 跳入异常向量表:强制设置PC的值为相应异常向量地址,跳转到异常处理程序中。



1)保存执行状态


当前程序的执行状态是保存在CPSR里面的,异常发生时,要保存当前的CPSR里的执行状态到异常模式里的SPSR里,将来异常返回时,恢复回CPSR,恢复执行状态。


2)模式切换


硬件自动根据当前的异常类型,将异常码写入CPSR里的M[4:0]模式位,这样CPU就进入了对应异常模式下。不管是在ARM状态下还是在THUMB状态下发生异常,都会自动切换到ARM状态下进行异常的处理,这是由硬件自动完成的,将CPSR[5] 设置为 0。同时,CPU会关闭中断IRQ(设置CPSR 寄存器I位),防止中断进入,如果当前是快速中断FIQ异常,关闭快速中断(设置CPSR寄存器F位)。


3)保存返回地址


当前程序被异常打断,切换到异常处理程序里,异常处理完之后,返回当前被打断模式继续执行,因此必须要保存当前执行指令的下一条指令的地址到LR_excep(异常模式下LR,并不存在LR_excep寄存器,为方便读者理解加上_excep,以下道理相同),由于异常模式不同以及ARM内核采用流水线技术,异常处理程序里要根据异常模式计算返回地址。


4)跳入异常向量表


该操作是CPU硬件自动完成的,当异常发生时,CPU强制将PC的值修改为一个固定内存地址,这个固定地址叫做异常向量(详见3.2.4章节)。


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