ARM微處理器的編程模型之：異常中斷處理

3.4.5 從異常處理程序中返回

當一個異常處理返回時，一共有3件事情需要處理：通用寄存器的恢復、狀態寄存器的恢復以及PC指針的恢復。通用寄存器的恢復采用一般的堆棧操作指令即可，下面重點介紹狀態寄存器的恢復以及PC指針的恢復。

1．恢復被中斷程序的處理器狀態

PC和CPSR的恢復可以通過一條指令來實現，下面是3個例子。

· MOVS PC，LR

· SUBS PC，LR，＃4

· LDMFD SP!，{PC}^

這幾條指令是普通的數據處理指令，特殊之處在于它們把程序計數器寄存器PC作為目標寄存器，并且帶了特殊的后綴“S”或“^”。其中“S”或“^”的作用就是使指令在執行時，同時完成從SPSR到CPSR的拷貝，達到恢復狀態寄存器的目的。

2．異常的返回地址

異常返回時，另一個非常重要的問題就是返回地址的確定。前面提到過，處理器進入異常時會有一個保存LR的動作，但是該保持值并不一定是正確中斷的返回地址。以一個簡單的指令執行流水狀態圖來對此加以說明，如圖3.7所示。

圖3.7 3級流水線示例

在ARM架構里，PC值指向當前執行指令地址加8。也就是說，當執行指令A（地址0x8000）時，PC等于0x8000+8=0x8008，即等于指令C的地址。假設指令A是BL指令，則當執行時，會把PC值（0x8008）保存到LR寄存器。但是，接下來處理器會對LR進行一次自動調整，使LR=LR－0x4。所以，最終保存在LR里面的是圖3.5中所示的B指令地址。所以當從BL返回時，LR里面正好是正確的返回地址。

同樣的跳轉機制在所有的LR自動保存操作中都存在。當進入中斷響應時，處理器對保存的LR也進行一次自動調整，并且跳轉動作也是LR=LR－0x04。由此，就可以對不同異常類型的返回地址依次比較。

假設在指令B處（地址0x8004）發生了異常，進入異常相應后，LR經過跳轉保存的地址值應該是C的地址0x8008。

（1）軟中斷異常

如果發生軟中斷異常，即指令B為SWI指令，從SWI中斷返回后下一條執行指令就是C，正好是LR寄存器保存的地址，所以只有直接把LR恢復給PC即可。

（2）IRQ或FIQ異常

如果發生的是IRQ或FIQ異常，因為外部中斷請求中斷了正在執行的指令B，當中斷返回后，需要重新回到B指令執行，也就是說，返回地址應該是B（0x8004），需要把LR減4送PC。

（3）Data Abort數據中止異常

在指令B處進入數據異常的相應，但導致數據異常的原因卻應該是上一條指令A。當中斷處理程序恢復數據異常后，要回到A重新執行導致數據異常的指令，因此返回地址應該是LR加8。

為方便起見，表3.7總結了各異常和返回地址的關系

表3.7 異常和返回地址

3.4.6 在應用程序中安裝異常處理程序

1．使用匯編語言安裝異常處理程序

如果系統啟動不依賴于Debug或Debug monitor軟件，可以使用匯編語言在系統啟動時直接安裝異常處理程序。

下面的例子顯示了系統從0x0地址啟動，直接安裝異常處理程序的方法。

Vector_Init_Block

LDR PC, Reset_Addr

LDR PC, Undefined_Addr

LDR PC, SWI_Addr

LDR PC, Prefetch_Addr

LDR PC, Abort_Addr

NOP ;保留向量

LDR PC, IRQ_Addr

LDR PC, FIQ_Addr

Reset_Addr DCD Start_Boot

Undefined_Addr DCD Undefined_Handler

SWI_Addr DCD SWI_Handler

Prefetch_Addr DCD Prefetch_Handler

Abort_Addr DCD Abort_Handler

DCD 0 ;保留向量

IRQ_Addr DCD IRQ_Handler

FIQ_Addr DCD FIQ_Handler