对ARM异常（Exceptions）的理解

.globl _start ；系统复位位置
_start: b reset ；各个异常向量对应的跳转代码
ldr pc, _undefined_instruction ；未定义的指令异常
ldr pc, _software_interrupt ；软件中断异常
ldr pc, _prefetch_abort ；内存操作异常
ldr pc, _data_abort ；数据异常
ldr pc, _not_used ；未使用
ldr pc, _irq ；慢速中断异常
ldr pc, _fiq ；快速中断异常

从中我们可以看出，ARM支持7种异常。问题时发生了异常后ARM是如何响应的呢？第一个复位异常很好

理解，它放在0x0的位置，一上电就执行它，而且我们的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。那么怎么会执行到后面几个异常处理函数呢？
看看书后，明白了ARM对异常的响应过程，于是就能够回答以前的这个疑问。
当一个异常出现以后，ARM会自动执行以下几个步骤：
（1）把下一条指令的地址放到连接寄存器LR(通常是R14)，这样就能够在处理异常返回时从正确的位置

继续执行。
（2）将相应的CPSR(当前程序状态寄存器)复制到SPSR（备份的程序状态寄存器）中。从异常退出的时

候，就可以由SPSR来恢复CPSR。
(3) 根据异常类型，强制设置CPSR的运行模式位。
（4）强制PC（程序计数器）从相关异常向量地址取出下一条指令执行，从而跳转到相应的异常处理程

序中。
至于这些异常类型各代表什么，我也没有深究。因为平常就关心reset了，也没有必要弄清楚。
ARM规定了异常向量的地址：
b reset ； 复位 0x0
ldr pc, _undefined_instruction ；未定义的指令异常 0x4
ldr pc, _software_interrupt ；软件中断异常 0x8
ldr pc, _prefetch_abort ；预取指令 0xc
ldr pc, _data_abort ；数据 0x10
ldr pc, _not_used ；未使用 0x14
ldr pc, _irq ；慢速中断异常 0x18
ldr pc, _fiq ；快速中断异常 0x1c
这样理解这段代码就非常简单了。碰到异常时，PC会被强制设置为对应的异常向量，从而跳转到相应的

处理程序，然后再返回到主程序继续执行。
这些引导程序的中断向量，是仅供引导程序自己使用的，一旦引导程序引导Linux内核完毕后，会使用

自己的中断向量。
嗬嗬，这又有问题了。比如，ARM发生中断(irq)的时候，总是会跑到0x18上执行啊。那Linux内核又怎

么能使用自己的中断向量呢？原因在于Linux内核采用页式存储管理。开通MMU的页面映射以后，CPU所

发出的地址就是虚拟地址而不是物理地址。就Linux内核而言，虚拟地址0x18经过映射以后的物理地址

就是0xc000 0018。所以Linux把中断向量放到0xc000 0018就可以了。
MMU的两个主要作用：
(1）安全性：规定访问权限
(2) 提供地址空间：把不连续的空间转换成连续的。
第2点是不是实现页式存储的意思？

.globl _start ；系统复位位置
_start: b reset ；各个异常向量对应的跳转代码
ldr pc, _undefined_instruction ；未定义的指令异常

……

_undefined_instruction :
.word undefined_instruction

也许有人会有疑问，同样是跳转指令，为什么第一句用的是 b reset；
而后面的几个都是用ldr？

为了理解这个问题，我们以未定义的指令异常为例。

当发生了这个异常后，CPU总是跳转到0x4，这个地址是虚拟地址，它映射到哪个物理地址
取决于具体的映射。
ldr pc, _undefined_instruction
相对寻址，跳转到标号_undefined_instruction，然而真正的跳转地址其实是_undefined_instruction

的内容——undefined_instruction。那句.word的相当于：
_undefined_instruction dw undefined_instruction (详见毕设笔记3）。
这个地址undefined_instruction到底有多远就难说了，也许和标号_undefined_instruction在同一个

页面，也许在很远的地方。不过除了reset，其他的异常是MMU开始工作之后才可能发生的，因此

undefined_instruction 的地址也经过了MMU的映射。
在刚加电的时候，CPU从0x0开始执行，MMU还没有开始工作，此时的虚拟地址和物理地址相同；另一方

面，重启在MMU开始工作后也有可能发生，如果reset也用ldr就有问题了，因为这时候虚拟地址和物理

地址完全不同。

因此，之所以reset用b，就是因为reset在MMU建立前后都有可能发生，而其他的异常只有在MMU建立之

后才会发生。用b reset，reset子程序与reset向量在同一页面，这样就不会有问题（b是相对跳转的）

。如果二者相距太远，那么编译器会报错的