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        對ARM異常(Exceptions)的理解

        作者: 時間:2016-11-20 來源:網絡 收藏
        所有的系統引導程序前面中會有一段類似的代碼,如下:

        .globl _start ;系統復位位置
        _start: b reset ;各個異常向量對應的跳轉代碼
        ldr pc, _undefined_instruction ;未定義的指令異常
        ldr pc, _software_interrupt ;軟件中斷異常
        ldr pc, _prefetch_abort ;內存操作異常
        ldr pc, _data_abort ;數據異常
        ldr pc, _not_used ;未使用
        ldr pc, _irq ;慢速中斷異常
        ldr pc, _fiq ;快速中斷異常

        本文引用地址:http://www.104case.com/article/201611/318974.htm

        從中我們可以看出,ARM支持7種異常。問題時發生了異常后ARM是如何響應的呢?第一個復位異常很好

        理解,它放在0x0的位置,一上電就執行它,而且我們的程序總是從復位異常處理程序開始執行的,因

        此復位異常處理程序不需要返回。那么怎么會執行到后面幾個異常處理函數呢?
        看看書后,明白了ARM對異常的響應過程,于是就能夠回答以前的這個疑問。
        當一個異常出現以后,ARM會自動執行以下幾個步驟:
        (1)把下一條指令的地址放到連接寄存器LR(通常是R14),這樣就能夠在處理異常返回時從正確的位置

        繼續執行。
        (2)將相應的CPSR(當前程序狀態寄存器)復制到SPSR(備份的程序狀態寄存器)中。從異常退出的時

        候,就可以由SPSR來恢復CPSR。
        (3) 根據異常類型,強制設置CPSR的運行模式位。
        (4)強制PC(程序計數器)從相關異常向量地址取出下一條指令執行,從而跳轉到相應的異常處理程

        序中。
        至于這些異常類型各代表什么,我也沒有深究。因為平常就關心reset了,也沒有必要弄清楚。
        ARM規定了異常向量的地址:
        b reset ; 復位 0x0
        ldr pc, _undefined_instruction ;未定義的指令異常 0x4
        ldr pc, _software_interrupt ;軟件中斷異常 0x8
        ldr pc, _prefetch_abort ;預取指令 0xc
        ldr pc, _data_abort ;數據 0x10
        ldr pc, _not_used ;未使用 0x14
        ldr pc, _irq ;慢速中斷異常 0x18
        ldr pc, _fiq ;快速中斷異常 0x1c
        這樣理解這段代碼就非常簡單了。碰到異常時,PC會被強制設置為對應的異常向量,從而跳轉到相應的

        處理程序,然后再返回到主程序繼續執行。
        這些引導程序的中斷向量,是僅供引導程序自己使用的,一旦引導程序引導Linux內核完畢后,會使用

        自己的中斷向量。
        嗬嗬,這又有問題了。比如,ARM發生中斷(irq)的時候,總是會跑到0x18上執行啊。那Linux內核又怎

        么能使用自己的中斷向量呢?原因在于Linux內核采用頁式存儲管理。開通MMU的頁面映射以后,CPU所

        發出的地址就是虛擬地址而不是物理地址。就Linux內核而言,虛擬地址0x18經過映射以后的物理地址

        就是0xc000 0018。所以Linux把中斷向量放到0xc000 0018就可以了。
        MMU的兩個主要作用:
        (1)安全性:規定訪問權限
        (2) 提供地址空間:把不連續的空間轉換成連續的。
        第2點是不是實現頁式存儲的意思?

        .globl _start ;系統復位位置
        _start: b reset ;各個異常向量對應的跳轉代碼
        ldr pc, _undefined_instruction ;未定義的指令異常

        ……

        _undefined_instruction :
        .word undefined_instruction

        也許有人會有疑問,同樣是跳轉指令,為什么第一句用的是 b reset;
        而后面的幾個都是用ldr?

        為了理解這個問題,我們以未定義的指令異常為例。

        當發生了這個異常后,CPU總是跳轉到0x4,這個地址是虛擬地址,它映射到哪個物理地址
        取決于具體的映射。
        ldr pc, _undefined_instruction
        相對尋址,跳轉到標號_undefined_instruction,然而真正的跳轉地址其實是_undefined_instruction

        的內容——undefined_instruction。那句.word的相當于:
        _undefined_instruction dw undefined_instruction (詳見畢設筆記3)。
        這個地址undefined_instruction到底有多遠就難說了,也許和標號_undefined_instruction在同一個

        頁面,也許在很遠的地方。不過除了reset,其他的異常是MMU開始工作之后才可能發生的,因此

        undefined_instruction 的地址也經過了MMU的映射。
        在剛加電的時候,CPU從0x0開始執行,MMU還沒有開始工作,此時的虛擬地址和物理地址相同;另一方

        面,重啟在MMU開始工作后也有可能發生,如果reset也用ldr就有問題了,因為這時候虛擬地址和物理

        地址完全不同。

        因此,之所以reset用b,就是因為reset在MMU建立前后都有可能發生,而其他的異常只有在MMU建立之

        后才會發生。用b reset,reset子程序與reset向量在同一頁面,這樣就不會有問題(b是相對跳轉的)

        。如果二者相距太遠,那么編譯器會報錯的




        關鍵詞: ARM異常Exception

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