嵌入式LinuxARM汇编（二）——ARM异常处理



一、ARM异常分类

    异常就是正常的用户程序被暂时中止，处理器就进入异常模式。

ARM CPU的异常分为：复位异常、中断异常（IRQ,FIR）、预取指令中止异常、未定义指令异常、软件中断指令异常、数据中止访问异常。

1、复位异常

    当CPU刚上电时或按下reset重启键之后进入该异常，该异常在管理模式下处理。

2、中断（IRQ、FIQ）异常

    CPU和外部设备是分别独立的硬件执行单元，CPU对全部设备进行管理和资源调度处理，CPU要想知道外部设备的运行状态，要么CPU定时的去查看外部设备特定寄存器，要么让外部设备在出现需要CPU干涉处理时“打断”CPU，让它来处理外部设备的请求，毫无疑问第二种方式更合理，可以让CPU“专心”去工作，这里的“打断”操作就叫做中断请求，根据请求的紧急情况，中断请求分一般中断和快速中断，快速中断具有最高中断优先级和最小的中断延迟，通常用于处理高速数据传输及通道的中数据恢复处理，如DMA等，绝大部分外设使用一般中断请求。

3、预取指令中止异常

    异常发生在CPU流水线取指阶段，如果目标指令地址是非法地址进入该异常，该异常在中止异常模式下处理。

4、未定义指令异常

    异常发生在流水线技术里的译码阶段，如果当前指令不能被识别为有效指令，产生未定义指令异常，该异常在未定义异常模式下处理。

5、软件中断指令（swi）异常

    异常是应用程序自己调用时产生的，用于用户程序申请访问硬件资源时，例如：printf()打 印函数，要将用户数据打印到显示器上，用户程序要想实现打印必须申请使用显示器，而用户程序又没有外设硬件的使用权，只能通过使用软件中断指令切换到内核态，通过操作系统内核代码来访问外设硬件，内核态是工作在特权模式下，操作系统在特权模式下完成将用户数据打印到显示器上。这样做的目的无非是为了保护操 作系统的安全和硬件资源的合理使用，该异常在管理模式下处理。

6、数据中止访问异常

    异常发生在要访问数据地址不存在或者为非法地址时，该异常在中止异常模式下处理。

二、ARM异常发生的硬件操作

在异常发生后，ARM内核会自动做以下工作：

A、保存执行状态：将CPSR复制到发生的异常模式下SPSR中

B、模式切换：将CPSR模式位强制设置为与异常类型相对应的值，同时处理器进入到ARM执行模式，禁止所有IRQ中断，当进入FIQ快速中断模式时禁止FIQ中断

C、保存返回地址：将下一条指令的地址（被打断程序）保存在LR(异常模式下LR_excep)中

D、跳入异常向量表：强制设置PC的值为相应异常向量地址，跳转到异常处理程序中

1、保存执行状态

    当前程序的执行状态是保存在CPSR里面的，异常发生时，要保存当前的CPSR里的执行状态到异常模式里的SPSR里，将来异常返回时，恢复回CPSR，恢复执行状态。

2、模式切换

    硬件自动根据当前的异常类型，将异常码写入CPSR里的M[4:0]模式位，这样CPU就进入了对应异常模式下。不管是在ARM状态下还是在THUMB状态下发生异常，都会自动切换到ARM状态下进行异常的处理，这是由硬件自动完成的，将CPSR[5]设置为 0。同时，CPU会关闭中断IRQ（设置CPSR寄存器I位），防止中断进入，如果当前是快速中断FIQ异常，关闭快速中断（设置CPSR寄存器F位）。

3、保存返回地址

    当前程序被异常打断，切换到异常处理程序里，异常处理完之后，返回当前被打断模式继续执行，因此必须要保存当前执行指令的下一条指令的地址到LR_excep(异常模式下LR，并不存在LR_excep寄存器，为方便读者理解加上_excep，以下道理相同)，由于异常模式不同以及ARM内核采用流水线技术，异常处理程序里要根据异常模式计算返回地址。

4、跳入异常向量表

    跳入异常向量表操作是CPU硬件自动完成的，当异常发生时，CPU强制将PC的值修改为一个固定内存地址，这个固定地址叫做异常向量。ARM的异常向量表如下：

转载博文：

ARM处理器异常处理（CSDNmr_raptor）