ARM內核的中斷技術

1 ARM7TDMI簡介
ARM7TDMI是一款經典的通用32位微處理器，采用精簡指令系統（RISC）和流水線結構。典型應用如GPS、PDA、雙向尋呼機、移動電話、板卡間高速通信等。
ARM7TDMI定義有7種工作模式，本文涉及到的有：用戶模式，程序正常運行時的模式；快中斷模式，處理器響應快中斷而進入的模式；中斷模式，處理響應常規中斷而進入的模式；監督模式，操作系統的保護模式。處理器響應軟件中斷時即進入監督模式。下面重點介紹ARM7TDMI的中斷特性。主要特性如表1所列。

ARM7TDMI具有常規中斷（IRQ）、快中斷（FIQ）和軟件中斷（SoftWareInterrupt）三種中方式。常規中斷和快中斷都是硬件中斷。
快中斷是為支持數據傳輸或快速數據通道而設計的，為快速處理快中斷。①快中斷被設為最高中斷優先級；②在快中斷模式增設了7個私有工作寄存器，從而避免了由于主工作寄存器數據的保存和恢復而帶來了額外開銷；③快中斷處理程序處于異常向量表的最后位置，因此可緊接異常向量表書寫快中斷處理程序，而不必進行程序跳轉操作，避免了刷新指令流水線和高速緩存。
軟件中斷是一種由用戶設置的同步中斷，由程序指令產生，不像硬件中斷那樣由外部事件觸發。軟件中斷允許運行在用戶模式的程序進入監督模式，并運行監督態下的函數。在ARM7TDMI的硬件調試系統中，應用程序可利用軟件中斷來申請半自主（semihosting）式操作，例如，打開主機中的一個文件、向調試通道發送一個字符等等（這些操作必須依賴主機中C程序庫才能運行，因此被稱為半自主式的）。利用軟件中斷機制，可以直觀和高效地仿真調試應用程序。另外，軟件中斷也可用于一般性的程序控制。
2 響應中斷和中斷返回
（1）當中斷產生時，ARM7TDMI將執行的操作
①把當前程序狀態寄存器（CPSR）的內容拷貝到相應的備份程序狀態寄存器（SPSR）。當前工作模式、中斷屏蔽位和狀態標志被保存下來。
②轉入相應的模式，并關閉常規中斷。如響應快中斷，則同時關閉快中斷。
③把程序計數器（pc）的值減4后，存入相應的連接寄存器（1r）。
④將程序計數器指向相應的中斷向量。
（2）由中斷返回時，ARM7TDMI將完成的操作
①將備份程序狀態寄存器的內容拷貝到當前程序狀態寄存器，恢復中斷前的狀態。
②清除相應禁止中斷位（如果已設置的話）。
③把連接寄存器的值拷貝到程序計數器，繼續運行原程序。
（3）返回地址的計算
ARM7TDMI采用流水線結構：當一條指令被執行時，下一條指令正被譯碼，而第三條指令被從內存中取出。當程序計數器未更新的，pc指向從內存中取出的指令，（pc-4）指向當前指令的一條指令。
處理器響應軟件中斷時，由于軟件中斷由指令自身產生，程序計數器還沒有更新，（pc-4）正好指向當前指令的下一條指令。因此，只要在中斷處理程序最后加入MOVSpc,lr把連接寄存器的值賦給程序計數器即可。
ARM7TDMI總是在一條指令執行完畢后，才去檢查是否有硬件中斷信號和中斷屏蔽狀態。此時，程序計數器已經更新，（pc-4）指向當前指令的下兩條指令。因此要先把連接寄存器的內容減去4（指向pc-8）后，再賦給程序計數器。要添加的代碼是SUBSpc,lr #4