第8章 ARM系统中的中断系统

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1、第8章ARM系统中的中断系统8.1ARM系统中断系统概述8.2ARM系统中断控制器8.3ARM系统中断源8.4ARM系统中断模式8.5ARM系统中断控制器的寄存器控制8.6ARM系统中断应用编程8.7习题8.1ARM系统中断系统概述当正常的程序执行过程中发生暂时的停止的，称为异常，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。中断与堆栈设置和ARM体系结构紧密相关，ARM是一种支持多任务操作的系统内核，内部的结构完全适应多任务应用。当异常中断发生

2、时，系统执行完当前指令后，将跳转到相应的异常中断处理程序处执行。当异常中断处理程序执行完成后，程序返回到发生中断指令的下条指令处执行。在进入异常中断处理程序时，要保存被中断程序的执行现场，从异常中断处理程序退出时，要恢复被中断程序的执行现场。8.1.1引起异常的原因1．指令执行引起的异常软件中断、未定义指令（包括所要求的协处理器不存在，但它是协处理器指令）、预取址中止（存储器故障）、数据中止。2．外部产生的中断复位、FIQ、IRQ。8.1.2ARM中异常中断的种类1．复位（RESET)（1）当处理器复位引脚有效时，系统产生复位异常中断，程序跳转到复位异常中断处理程序处执行，

3、包括系统加电和系统复位。（2）通过设置PC跳转到复位中断向量处执行称为软复位。2．未定义的指令当ARM处理器或者是系统中的协处理器认为当前指令未定义时，产生未定义的指令异常中断，可以通过改异常中断机制仿真浮点向量运算。3．软件中断这是一个由用户定义的中断指令(SWI)。可用于用户模式下的程序调用特权操作指令。在实时操作系统中可以通过该机制实现系统功能调用。4．指令预取终止（PrefetchAbort)如果处理器预取指令的地址不存在，或者该地址不允许当前指令访问，当被预取的指令执行时，处理器产生指令预取终止异常中断。5．数据访问终止（DataAbort）如果数据访问指令的目标

4、地址不存在，或者该地址不允许当前指令访问，处理器产生数据访问终止异常中断。6．外部中断请求(IRQ)当处理器的外部中断请求引脚有效，而且CPSR的寄存器的I控制位被清除时，处理器产生外部中断请求异常中断。系统中各外设通过该异常中断请求处理服务。7．快速中断请求（FIQ）当处理器的外部快速中断请求引脚有效，而且CPSR的F控制位被清除时，处理器产生外部中断请求异常中断。8.1.3异常的响应过程除了复位异常外，当异常发生时，ARM处理器尽可能完成当前指令（除了复位异常）后，再去处理异常。并执行如下动作：1．将引起异常指令的下一条指令的地址保存到新模式的R14中，若异常是从ARM

5、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MOVPC，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的内容保存到要执行异常中断模式的SPSR中。3．设置CPSR相应的位进入相应的中断模式。4．通过设置CPSR的第7位来禁止IRQ。如果异常为快速中断和复位。则还要设置CPSR的第6位来禁止快速中断。5．给PC强制赋向

6、量地址值。ARM处理器内核会自动执行以上几步，程序计数器PC总是跳转到相应的固定地址。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，则异常处理返回时，自动切换到Thumb状态。8.1.4异常中断处理返回异常处理完毕之后，ARM微处理器会执行以下几步操作从异常返回：1．将所有修改过的用户寄存器从处理程序的保护栈中恢复。2．将SPSR复制回CPSR中，将连接寄存器LR的值减去相应的偏移量后送到PC中。3．若在进入异常处理时设置了中断禁止位，要在此清除。复位异常处理程序不需要返回。8.1.5ARM系统中的中断向量表当一个异常或

7、中断发生时，处理器会把PC设置为一个特定的存储器地址。这一地址放在一个被称为向量表(vectortable)的特定地址范围内。向量表的入口是一些跳转指令，跳转到专门处理某个异常或中断的子程序。存储器映射地址0x00000000是为向量表保留的。在有些处理器中，向量表可以选择定位在存储空间的更高地址(从偏移量0xffff0000开始)。当一个异常或中断发生时，处理器挂起正常的执行转而从向量表装载指令。每一个向量表入口包含一条指向一个特定子程序的跳转指令。同时需要注意的是：1．中断向量表指定了各异常中断及其处理程序的对