ARM处理器架构异常/中断处理

中断是我们嵌入式开发很常用到的一种资源和编程手段。这篇文章重点分析arm的中断处理流程。

首先，中断是异常的一种。当发生一种异常时，处理器会进入不同的工作模式。ARM的异常和相应的模式之间的对应关系见下表:

当一个异常导致模式的改变时,ARM核自动地:

1、把cpsr保存到相应模式下的spsr

2、把pc保存到相应模式下的lr

3、设置cpsr为相应异常模式

4、设置pc为相应异常处理程序的入口地址

对于IRQ或者FIQ而言,还多一项变化:禁用相关的中断IRQ或FIQ,禁止同类型的其他中断被触发。（这也是自动实现的，因此正常情况下，ARM中断不可嵌套）

从异常中断处理程序退出时，需要我们在程序中用软件实现下面两个操作:

1、从spsr_mode中恢复数据到cpsr中

2、从lr_mode中恢复内容到pc中,返回到异常中断的指令的下一条政令处执行.

2440默认的有一个异常向量表，即发生某一个异常后，会根据异常向量表设置pc为相应的处理函数入口地址。

地址	异常名称	指令
0x00	复位异常	B RestHandler
0x04	未定义指令异常	B HandlerUndef
0x08	软件中断异常	B HandlerSWI
0x0C	指令预取异常	B HandlerPabort
0x10	数据预取异常	B HandlerDabort
0x14	保留
0x18	IRQ中断异常	B HandlerIRQ
0x1C	FIQ中断异常	B HandlerFIQ

上表中的 指令都是在2440init.s中的程序表示。

下面，我们结合板子自带的2440test源代码中的2440init.s中的异常处理，来分析arm中断处理的实现。

首先，在2440init.s中有：

__ENTRYb	ResetHandlerb	HandlerUndef	;handler for Undefined modeb	HandlerSWI	    ;handler for SWI interruptb	HandlerPabort	;handler for PAbortb	HandlerDabort	;handler for DAbortb	.		        ;reservedb	HandlerIRQ	;handler for IRQ interruptb	HandlerFIQ	;handler for FIQ interrupt

这里就是相应的 异常处理向量表。程序正常启动就跳转到resethandler，如果是发生中断就跳转到handlerIRQ。对于handlerIRQ，它是用一个宏实现的。

MACRO$HandlerLabel HANDLER $HandleLabel$HandlerLabelsub	sp,sp,#4	;decrement sp(to store jump address)stmfd	sp!,{r0}	;PUSH the work register to stack(lr doest push because it return to original address)ldr     r0,=$HandleLabel;load the address of HandleXXX to r0ldr     r0,[r0]	 ;load the contents(service routine start address) of HandleXXXstr     r0,[sp,#4]      ;store the contents(ISR) of HandleXXX to stackldmfd   sp!,{r0,pc}     ;POP the work register and pc(jump to ISR)MEND

上面是宏的声明。下面是具体用到宏的地方。

HandlerFIQ      HANDLER HandleFIQHandlerIRQ      HANDLER HandleIRQHandlerUndef    HANDLER HandleUndefHandlerSWI      HANDLER HandleSWIHandlerDabort   HANDLER HandleDabortHandlerPabort   HANDLER HandlePabort

上面的这段程序在编译的时候会被编译器展开，我们可以将其中的IRQ相关的展开如下：

HandlerIRQ HANDLER HandleIRQ 会被下面的代码段替换：

HandlerIRQ	sub	sp,sp,#4	;decrement sp(to store jump address)stmfd	sp!,{r0}	;PUSH the work register to stack(lr doest push because it return to original address)ldr     r0,=HandleIRQ   ;load the address of HandleXXX to r0ldr     r0,[r0]	        ;load the contents(service routine start address) of HandleXXXstr     r0,[sp,#4]      ;store the contents(ISR) of HandleXXX to stackldmfd   sp!,{r0,pc}     ;POP the work register and pc(jump to ISR)

因此，发生中断时，就会b HandlerIRQ，跳转到上面的代码进行执行。按照上面的流程，处理器会把HandleIRQ地址中所存储的数 付给pc指针，作为下一条指令的地址，然后执行。那么HandleIRQ地址中存储的数是什么呢？

在2440init.s中有这样一段程序：

ldr r0,=HandleIRQ ;This routine is neededldr r1,=IsrIRQ    ;if there isnt subs pc,lr,#4 at 0x18, 0x1cstr r1,[r0]

从这里，可以看出，HandleIRQ中存的是IsrIRQ。所以处理器会跳转到isrIRQ中执行。

IsrIRQsub	sp,sp,#4       ;reserved for PCstmfd	sp!,{r8-r9}ldr	r9,=INTOFFSETldr	r9,[r9]ldr	r8,=HandleEINT0add	r8,r8,r9,lsl #2ldr	r8,[r8]str	r8,[sp,#8]ldmfd	sp!,{r8-r9,pc}

在上面的程序中，INTOFFSET表示的是中断号对于EINT0的偏移号。这样计算得到中断向量号之后，跳转到中断函数进行处理。对于，上面的程序奇怪的一点是没有看到恢复cpsr和pc指针。因