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ARM 异常处理

如果您阅读ARM手册，您会发现，在ARM中，经常强调Exception（异常）这个概念，在ARM里，Interrupt（中断）也是一种形式的异常。ARM的Exception同其所定义的5种异常模式是密切相关的，CPU在捕获到任何一个Exception后，必定会进入某个异常模式，异常类型及捕获到该异常后CPU所进入的异常模式之间的对应关系是ARM所预先定义好的。
如果您对X86比较熟悉，您会发现，不象X86，系统定义了不同的中断，比如键盘中断，鼠标中断等等，并且系统也定义了这些中断所对应的中断向量。ARM没有定义这些，ARM只会告诉你，有外部中断产生，并切换到IRQ或FIQ模式，然后执行IRQ或FIQ所对应的中断向量。至于到底是键盘中断，还是鼠标中断，这得由操作系统提供的中断函数自己去判断，比如通过查询中断控制器的某个或某些寄存器。ARM这样做的原因是：ARM只是一个CORE，它并不定义也不去假想其外部环境，这样可以使得ARM CORE更加紧凑和简洁，同时也给SOC设计者提供了更多的灵活性和发挥空间。您一定要相信，ARM被如此广泛使用不是“盖”的，从系统开发者角度看，ARM是一种最简单、最灵活的CPU，它的优雅和简洁性就像C语言一样。呵呵，C语言是我最喜欢的语言。
好了，“臭屁”了这么多，我们言归正传。对ARM异常处理的研究务必要弄清楚以下几个方面：
(1) 异常类型
(2) 异常类型及处理该异常时CPU的执行模式
(3) 异常向量地址
(4) 异常处理过程

异常类型
ARM定义了如下类型的异常（江南七怪，这样好记）：
（1） RESET异常：由于执行RESET指令或外部RESET信号产生的异常
（2） SWI异常：执行SWI指令产生的异常，通常用于提供系统调用接口
（3） IRQ异常：ARM的IRQ Signal被触发所产生的异常
（4） FIQ异常：ARM的FIQ Signal被触发所产生的异常
（5） Prefetch Abort异常：预取指令时产生的异常
（6） Data Abort异常：存取内存数据时产生的异常
（7） Undefined instruction异常：执行unknown指令时产生的异常

执行模式
当产生异常后，CPU会进入相应的异常模式并处理该异常：
（1） RESET和SWI异常：CPU进入Supervisor模式
（2） IRQ异常：CPU进入IRQ模式
（3） FIQ异常：CPU进入FIQ模式
（4） Prefetch Abort和Data Abort异常：CPU进入Abort模式
（5） Undefined instruction异常：CPU进入Undefined模式

向量地址
ARM的异常向量地址可以处于4G物理空间的低端（0x00000000起），也可以处于高端（0xffff0000起），具体是哪种情况，根据具体的CPU及其配置而定。下面是7种异常的向量地址（挎弧内为高端情形）：
（1） RESET异常：0x00000000 (0xffff0000)
（2） Undefined instruction异常： 0x00000004 (0xffff0004)
（3） SWI异常：0x00000008 (0xffff0008)
（4） Prefetch Abort异常： 0x0000000c (0xffff000c)
（5） Data Abort异常： 0x00000010 (0xffff0010)
（6） IRQ异常： 0x00000018 (0xffff0018)
（7） FIQ异常： 0x0000001c (0xffff001c)

每个中断向量为4字节，一般的操作系统在该地址处放置一条跳转指令“LDR PC，终端处理函数地址”。另外要注意的是，在IRQ异常和Data Abort异常之间空了4个字节，这4个字节是保留的。

处理过程
处理过程包括两个部分：
（1） 进入：这个过程由CPU负责
（2） 退出：这个过程由OS负责

在捕获到某个异常后，启动“进入”过程，该过程内CPU执行如下动作：
（1）将当前PC的值（或PC + 4，或PC + 8）保存到R14的某个影子寄存器中。到底选择哪个影子寄存器由该异常的执行模式而定；另外R14影子寄存器的值同异常类型相关。比如Data Abort异常，对应的影子寄存器就是Abort模式的影子寄存器R14_abt，R14_abt的值为异常产生时PC值 + 8。
（2）将CPSR保存到CPSR的某个影子寄存器SPSR中，同样，具体选择哪个影子寄存器由该异常的执行模式而定。
（3） 执行对因的中断向量

退出过程由操作系统自己负责，只要确保退出后的PC和CPSR同进入之前是一样就可以了。有时候操作系统在处理某种特定情况的异常后会将退出后PC值变为进入前PC值 + 4（即下一条指令地址），这仅仅是一个提醒，其目的是说明退出过程是完全由软件自己决定的。

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