ARM体系结构与接口技术——ARM异常处理

异常的概念

处理器在正常执行程序的过程中可能会遇到一些不正常的事件发生，这时处理器就要将当前的程序暂停下来，转而去处理这个异常的事件，异常事件处理完成之后再返回到被异常打断的点继续执行程序。

异常处理机制

不同的处理器对异常的处理的流程大体相似，但是不同的处理器在具体实现的机制上有所不同；

比如：

处理器遇到哪些事件认为是异常事件，

遇到异常事件之后处理器有哪些动作，

处理器如何跳转到异常处理程序，

如何处理异常，

处理完异常之后又如何返回到被打断的程序继续执行等，

这些细节的实现就是处理器的异常处理机制。

ARM异常源

导致异常产生的事件称为异常源。

ARM异常源有7类：

异常模式

ARM的基本工作模式中有5个异属于异常模式：

 ARM异常响应

1.拷贝CPSR中的内容到对应异常模式下的SPSR_<mode>。

2.修改CPSR的值：

　　2.1修改中断禁止位禁止相应的中断

　　2.2修改模式位进入相应的异常模式

　　2.3修改状态位进入ARM状态

3.保存返回地址到对应异常模式下的LR_<mode>。

4.设置PC为相应的异常向量（异常向量表对应的地址）。

异常向量表

• 异常向量表的本质是内存中的大一段代码
• 表中为每个异常源分配了四个字节的存储空间
• 遇到异常后处理器自动将PC修改为对应的地址
• 因为异常向量表空间有限，一般我们不会在这里写异常处理程序，而是在对应的位置写一条跳转指令使其跳转到指定的异常处理程序的入口

注：ARM的异常向量表的基地址默认在0x00地址，但是可以通过配置协处理器来修改其基地址。

异常返回

ARM异常返回的动作（自己编写）

1. 将SPSR_<mode>的值复制给CPSR使处理器恢复之前的状态。
2. 将LR_<mode>的值复制给PC，使程序跳转回被打断的地址继续执行。

异常优先级

多个异常同时产生时的服务顺序

Reset

Data Abort

FIQ

IRQ

Prefetch Abort

Software Interrupt

Undefined insturction

FIQ和IRQ

FIQ的响应速度比IRQ快，有以下3点原因。

1. FIQ在异常向量表位于最末
   1. 所以可以直接把异常处理程序写在异常向量表之后，省去了跳转的过程。
   2. 而IRQ需要执行向量表对应的跳转指令之后，跳转到指定的中断处理程序。
2. FIQ模式有5个私有寄存器(R8-R12）
   1. 执行中断处理程序前无需压栈保存寄存器，可直接处理中断。
   2. 而IRQ的R8-R12寄存器是与和其它模式共用的，在中断前需要保护现场，即把R8-R12的数据保存在栈中。
3. FIQ的优先级高于IRQ
   1. 两个中断同时发生时先响应FIQ
   2. FIQ可以打断IRQ，单IRQ不能打断FIQ。

END