ARM异常

当正常的程序执行流程发生暂时的停止时,称之为异常,例如处理一个外部的中断请求。在处理异常之前,当前处理器的状态必须保留,这样当异常处理完成之后,当前程序可以继续执行。处理器允许多个异常同时发生,它们将会按固定的优先级进行处理。

ARM体系结构中的异常,与8位/16位体系结构的中断有很大的相似之处,但异常与中断的概念并不完全等同。

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复制到相应的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_<Exception_Mode> = Return Link

SPSR_<Exception_Mode> = CPSR

CPSR[4:0] = Exception Mode Number

CPSR[5] = 0 ;当运行于 ARM 工作状态时

If <Exception_Mode> == Reset or FIQ then;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复制回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。当系统运行时,异常可能会随时发生,为保证在 ARM 处理器发生异常时不至于处于未知状态,在应用程序的设计中,首先要进行异常处理,采用的方式是在异常向量表中的特定位置放置一条跳转指令,跳转到异常处理程序,当 ARM 处理器发生异常时,程序计数器 PC 会被强制设置为对应的异常向量,从而跳转到异常处理程序,当异常处理完成以后,返回到主程序继续执行。



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