ARM应用系统开发详解 第2章 ARM微处理器的编程模型
未定义指令 | 当ARM处理器或协处理器遇到不能处理的指令时,产生未定义指令异常。可使用该异常机制进行软件仿真。 |
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。 |
当一个异常出现以后,ARM微处理器会执行以下几步操作:
1、将下一条指令的地址存入相应连接寄存器LR,以便程序在处理异常返回时能从正确的位置重新开始执行。若异常是从ARM状态进入,LR寄存器中保存的是下一条指令的地址(当前PC+4或PC+8,与异常的类型有关);若异常是从Thumb状态进入,则在LR寄存器中保存当前PC的偏移量,这样,异常处理程序就不需要确定异常是从何种状态进入的。例如:在软件中断异常SWI,指令MOV PC,R14_svc总是返回到下一条指令,不管SWI是在ARM状态执行,还是在Thumb状态执行。
2、将CPSR到相应的SPSR中。
3、根据异常类型,强制设置CPSR的运行模式位。
4、强制PC从相关的异常向量地址取下一条指令执行,从而跳转到相应的异常处理程序处。
还可以设置中断禁止位,以禁止中断发生。
如果异常发生时,处理器处于Thumb状态,则当异常向量地址加载入PC时,处理器自动切换到ARM状态。
ARM微处理器对异常的响应过程用伪码可以描述为:
R14_
SPSR_
CPSR[4:0] = Exception Mode Number
CPSR[5] = 0;当运行于ARM工作状态时
If
;当响应FIQ异常时,禁止新的FIQ异常
CPSR[6] = 1
CPSR[7] = 1
PC = Exception Vector Address
异常处理完毕之后,ARM微处理器会执行以下几步操作从异常返回:
1、将连接寄存器LR的值减去相应的偏移量后送到PC中。
2、将SPSR回CPSR中。
3、若在进入异常处理时设置了中断禁止位,要在此清除。
可以认为应用程序总是从复位异常处理程序开始执行的,因此复位异常处理程序不需要返回。
FIQ(Fast Interrupt Request)
FIQ异常是为了支持数据传输或者通道处理而设计的。在ARM状态下,系统有足够的私有寄存器,从而可以避免对寄存器保存的需求,并减小了系统上下文切换的开销。
若将CPSR的F位置为1,则会禁止FIQ中断,若将CPSR的F位清零,处理器会在指令执行时检查FIQ的输入。注意只有在特权模式下才能改变F位的状态。
可由外部通过对处理器上的nFIQ引脚输入低电平产生FIQ。不管是在ARM状态还是在Thumb状态下进入FIQ模式,FIQ处理程序均会执行以下指令从FIQ模式返回:
SUBS PC,R14_fiq ,#4
该指令将寄存器R14_fiq的值减去4后,到程序计数器PC中,从而实现从异常处理程序中的返回,同时将SPSR_mode寄存器的内容到当前程序状态寄存器CPSR中。
IRQ(Interrupt Request)
IRQ异常属于正常的中断请求,可通过对处理器的nIRQ引脚输入低电平产生,IRQ的优先级低于FIQ,当程序执行进入FIQ异常时,IRQ可能被屏蔽。
若将CPSR的I位置为1,则会禁止IRQ中断,若将CPSR的I位清零,处理器会在指令执行完之前检查IRQ的输入。注意只有在特权模式下才能改变I位的状态。
不管是在ARM状态还是在Thumb状态下进入IRQ模式,IRQ处理程序均会执行以下指令从IRQ模式返回:
SUBS PC , R14_irq , #4
该指令将寄存器R14_irq的值减去4后,到程序计数器PC中,从而实现从异常处理程序中的返回,同时将SPSR_mode寄存器的内容到当前程序状态寄存器CPSR中。
ABORT(中止)
产生中止异常意味着对存储器的访问失败。ARM微处理器在存储器访问周期内检查是否发生中止异常。
中止异常包括两种类型:
─指令预取中止:发生在指令预取时。
─数据中止:发生在数据访问时。
当指令预取访问存储器失败时,存储器系统向ARM处理器发出存储器中止(Abort)信号,预取的指令被记为无效,但只有当处理器试图执行无效指令时,指令预取中止异常才会发生,如果指令未被执行,例如在指令流水线中发生了跳转,则预取指令中止不会发生。
若数据中止发生,系统的响应与指令的类型
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