ARM微處理器的編程模型之：異常中斷處理

作者：時(shí)間：2013-09-13 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

加入技術(shù)交流群
- 掃碼加入
  和技術(shù)大咖面對(duì)面交流
  海量資料庫(kù)查詢

本文引用地址：http://www.antipu.com.cn/article/257085.htm

2．ARM編譯器對(duì)中斷處理函數(shù)編寫的擴(kuò)展

考慮到中斷處理函數(shù)在現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)和返回地址的處理上與普通函數(shù)的不同之處，不能直接把普通函數(shù)體連接到異常向量表上，需要在上面加上一層封裝，下面是一個(gè)例子。

IRQ_Handler ;中斷相應(yīng)函數(shù)

STMFD SP!,{r0-r12,lr} ;保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，一般只需要保護(hù){r0-r3,LR}

BL IrqHandler ;進(jìn)入普通處理函數(shù)，C或匯編均可

……

LDMFD sp!,{r0-r12,LR} ;恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)

SUBS pc,lr,#4 ;中斷返回，注意返回地址

為了方便使用高級(jí)語(yǔ)言直接編寫異常處理函數(shù)，ARM編譯器對(duì)此做了特定的擴(kuò)展，可以使用函數(shù)聲明關(guān)鍵字_irq，這樣編譯出來(lái)的函數(shù)就可以滿足異常響應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)和恢復(fù)的需要，并且自動(dòng)加入LR減4的處理，符合IQR和FIQ中斷處理的要求。

下面的例子顯示了使用_irq對(duì)中斷處理函數(shù)產(chǎn)生的影響。

C語(yǔ)言源程序如下。

__irq void IRQHandler (void)

{

volatile unsigned int *base = (unsigned int *) 0x80000000;

if (*base == 1)

{

/*調(diào)用C語(yǔ)言中斷處理函數(shù)*/

C_int_handler();

}

/*清楚中斷標(biāo)志*/

*(base+1) = 0;

}

使用armcc編譯出的匯編代碼如下。

IRQHandler PROC

STMFD sp!,{r0-r4,r12,lr}

MOV r4,#0x80000000

LDR r0,[r4,#0]

SUB sp,sp,#4

CMP r0,#1

BLEQ C_int_handler

MOV r0,#0

STR r0,[r4,#4]

ADD sp,sp,#4

LDMFD sp!,{r0-r4,r12,lr}

SUBS pc,lr,#4

ENDP

如果不使用_irq子程序聲明關(guān)鍵字，編譯出的匯編代碼如下。

IRQHandler PROC

STMFD sp!,{r4,lr}

MOV r4,#0x80000000

LDR r0,[r4,#0]

CMP r0,#1

BLEQ C_int_handler

MOV r0,#0

STR r0,[r4,#4]

LDMFD sp!,{r4,pc}

ENDP

3．可重入中斷設(shè)計(jì)

在缺省情況下，ARM中斷是不可重入的。因?yàn)橐坏┻M(jìn)入異常響應(yīng)狀態(tài)，ARM自動(dòng)關(guān)閉中斷使能。如果在異常處理過(guò)程中，簡(jiǎn)單地打開(kāi)中斷使能而發(fā)生中斷嵌套時(shí)，顯然新的異常處理將破壞原來(lái)的中斷現(xiàn)場(chǎng)而導(dǎo)致出錯(cuò)。但有時(shí)需要中斷必須是可重入的，因此要通過(guò)程序設(shè)計(jì)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。其中有兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

① 新中斷使能之前，必須要保護(hù)好前一個(gè)中斷的現(xiàn)場(chǎng)信息。比如LR_irq和SPSR_irq等，這一點(diǎn)比較容易做的。

② 中斷處理過(guò)程中對(duì)BL進(jìn)行保護(hù)。

在中斷處理函數(shù)中發(fā)生函數(shù)調(diào)用BL是很常見(jiàn)的，假設(shè)有下面一種情況。

IRQ_Handler:

……

BL Foo

ADD

其中，

Foo：

STMFD SP!,{r0-r3，LR}

……

LDMFD SP!{r0-r3，PC}

上述程序，在IRQ處理函數(shù)IRQ_Handler()中調(diào)用了函數(shù)Foo()。若是在IRQ_Handler()里面中斷可重入的話，可能發(fā)生問(wèn)題，考察下面的情況：當(dāng)新的中斷請(qǐng)求恰好在“BL Foo”指令執(zhí)行完成后發(fā)生。這時(shí)候LR_irq寄存器（因在IRQ模式下，所以是LR_irq）的值將調(diào)整為BL指令的下一條指令（ADD）地址，使其能從Foo()正確返回；但是因?yàn)檫@時(shí)候發(fā)生了中斷請(qǐng)求，接下來(lái)要進(jìn)行新中斷的響應(yīng)，處理器在新中斷響應(yīng)過(guò)程中也要進(jìn)行LR_irq保存。這次對(duì)LR_irq的操作發(fā)生了沖突，當(dāng)新中斷返回后，往下執(zhí)行STMFD指令，這時(shí)候壓棧的LR已不是原來(lái)的ADD指令地址，從而使子程序Foo()無(wú)法正確返回。

這個(gè)問(wèn)題無(wú)法通過(guò)增加額外的現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)指令來(lái)解決。一個(gè)辦法就是在重新使能中斷之前改變處理器模式，也就是使上面程序的“BL Foo”指令不要運(yùn)行在IRQ模式下。這樣當(dāng)新的中斷發(fā)生時(shí)，就不會(huì)造成LR寄存器的沖突?？紤]ARM的所有運(yùn)行模式，采用SYSTEM模式是比較合適的，因?yàn)樗翘貦?quán)模式，不是IRQ模式，與中斷響應(yīng)無(wú)關(guān)。

下面的例子顯示了標(biāo)準(zhǔn)的IRQ/FIQ異常中斷處理程序。

PRESERVE8

AREA INTERRUPT, CODE, READONLY

IMPORT C_irq_handler

IRQ

SUB lr, lr, #4 ;跳轉(zhuǎn)返回地址

STMFD sp!, {lr} ;保存返回地址

MRS r14, SPSR ;讀取SPSR

STMFD sp!, {r12, r14} ;保存寄存器

; 清除中斷源

MSR CPSR_c, #0x1F ;切換到SYSTEM模式,

STMFD sp!, {r0-r3, lr} ;保存lr_USR 和其他使用到的寄存器