ARM异常中断机制.

ARM9（以S3C2410为例）中断机制

一、ARM异常机制介绍

ARM9处理器有7种工作模式。分别是(除了用户模式其他都是异常模式

用户模式(usr：ARM处理器正常的程序执行状态。

快速中断模式(fiq：用于高速数据传输或通道处理。

外部中断模式(irq：用于通用的中断处理。

管理模式(svc：操作系统使用的保护模式。

数据访问终止模式(abt：当数据或指令预取终止时进入该模式。

系统模式(sys：运行具有特权的操作系统任务。

未定义指令中止模式(und：当未定义的指令执行时进入该模式。

每种模式通过5位二进制编码进行标示：

用户模式10000

快速中断模式10001

外部中断模式10010

管理模式10011

数据访问终止模式10111

未定义指令中止模式11011

系统模式11111

模式编码存放在CPSR（程序当前状态寄存器，记录当前工作模式的编码的值）中的[4:0]。

快速中断模式、外部中断模式、数据访问终止模式、未定义指令中止模式、管理模式称为异常模式。

异常类型具体含义

复位当处理器的复位电平有效时，产生复位异常，程序跳转到复位异常处理程序处执行。

未定义指令遇到不能处理的指令时，产生未定义指令异常。

软件中断该异常由执行SWI指令产生，可用于用户模式下的程序调用特权操作指令。可使用该异常机制实现系统功能调用。

指令预取中止若处理器预取指令的地址不存在，或该地址不允许当前指令访问，存储器会向处理器发出中止信号，但当预取的指令被执行时，才会产生指令预取中止异常。

数据中止若处理器数据访问指令的地址不存在，或该地址不允许当前指令访问时，产生数据中止异常。

IRQ（外部中断请求）当处理器的外部中断请求引脚有效，且CPSR中的I 位为0时，产生IRQ异常。系统的外设可通过该异常请求中断服务。

FIQ（快速中断请求）当处理器的快速中断请求引脚有效，且CPSR中的F 位为0时，产生FIQ异常。

当多个异常发生时，处理器根据优先级进行处理。优先级

1（最高）复位

2 数据中止

3 FIQ

4 IRQ

5 预取指令中止

6（最低）未定义指令、SWI

异常中断发生时，处理器执行完当前的指令，需要保存当前执行现场，切换到相应的异常模式，并跳转到相应的异常中断处理程序。中断处理完成后，处理器返回现场执行下条指令。

异常处理一般过程如下：

（1）把当前工作模式中的下一条即将运行的指令地址保存到R14中；

（2）保存当前CPSR到SPSR（保存程序状态寄存器）；

（3）改写CPSR中的工作模式为当前产生异常的工作模式；

（4）禁止IRQ（如果进入FIQ则禁止FIQ）；

（5）跳转到相应异常向量表入口；

如果是复位异常处理会禁止所有中断，另外由于不用返回，因此不需要作（1）（2）步。以上的异常处理操作都是由处理器自动完成的。

二、异常向量表

Linux内核启动时，向量表的创建过程为：init/main.c->start_kernel(->trap_init(。trap_init函数位于/arch/$(ARCH/kernel/traps.c中。trap_init函数中向量表创建的相关代码如下：

unsigned long vectors = CONFIG_VECTORS_BASE;

……

memcpy((void *vectors, __vectors_start, __vectors_end - __vectors_start;

memcpy((void *vectors + 0x200, __stubs_start, __stubs_end - __stubs_start;

其中CONFIG_VECTORS_BASE是向量表的基地址。在ARM V4及V4T以后的大部分处理器中，向量表可以有两个位置：一个是0，另一个是0xffff0000。通过CP15协处理器c1寄存器中V位(bit[13]控制。V和异常向量表的对应关系如下：

V=0 ～ 0x00000000~0x0000001C

V=1 ～ 0xffff0000~0xffff001C

CONFIG_VECTORS_BASE的值在内核的相关配置文件中定义。比如在

/arch/arm/configs/s3c2410_defconfig中CONFIG_VECTORS_BASE=0xffff0000。

异常向量表存放在__vectors_start至__vectors_end定义的空间内。

异常向量表的逻辑结构（8*4个字节）为：

异常类型工作模式地址

复位管理模式0x00000000

未定义指令未定义指令中止模式0x00000004

软件中断管理模式0x00000008

数据访问终止模式0x0000000C

中止（预取指

令）

中止（数据）数据访问终止模式0x00000010

保留0x00000014

IRQ 外部中断模式0x00000018

FIQ 快速中断模式0x0000001C

异常向量表的物理结构位于arch/arm/kernel/entry-armv.S中，如下所示：

.globl __vectors_start

__vectors_start:

swi SYS_ERROR0:

b vector_und + stubs_offset //复位异常:

ldr pc, .LCvswi + stubs_offset //未定义指令异常:

b vector_pabt + stubs_offset //软件中断异常:

b vector_dabt + stubs_offset //数据异常（预取指令中止、数据中止）:

b vector_addrexcptn + stubs_offset //保留:

b vector_irq + stubs_offset //普通中断异常:

b vector_fiq + stubs_offset //快速中断异常:

.globl __vectors_end:

__vectors_end:

异常向量表中各种异常对应位置上放置了一条跳转指令，用于指向相应异常的处理程序。__stubs_start至__stubs_end之间是异常处理程序的位置。

stubs_offset的值为：

.equ stubs_offset, __vectors_start + 0x200 - __stubs_start

三、中断处理