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**arm的中斷體系結(jié)構(gòu)
2013-06-28 18:36:11
分類： 嵌入式 CPU一上電就處于 ARM 狀態(tài),。 如果對于arm的CPU的工作模式和狀態(tài)有疑惑： ** ARM處理器的寄存器，ARM與Thumb狀態(tài),，7中運(yùn)行模式 如果對arm剛上電的工作模式和狀態(tài)有疑惑：**arm 上電或復(fù)位時(shí)的狀態(tài),，模式 ARM異常中斷處理概述 1、中斷的概念 中斷是一個(gè)過程,，是CPU在執(zhí)行當(dāng)前程序的過程中因硬件或軟件的原因插入了另一段程序運(yùn)行的過程,。 因硬件原因引起的中斷過程的出現(xiàn)是不可預(yù)測的，即隨機(jī)的,，而軟中斷是事先安排的,。 2、中斷源的概念 我們把可以引起中斷的信號源稱之為中斷源,。 arm920T中有60個(gè)中斷源：  （1）外部子中斷源20個(gè)：  （2）擁有15個(gè)內(nèi)部子中斷源的：  （4）攝像頭接口：  3,、中斷優(yōu)先級的概念 ARM處理器中有7種類型的異常，按優(yōu)先級從高到低的排列如下： 復(fù)位異常（Reset）,、 數(shù)據(jù)異常（Data Abort）,、 快速中斷異常（FIQ）、 外部中斷異常（IRQ）,、 預(yù)取異常（Prefetch Abort）,、 軟件中斷(SWI)、 未定義指令異常（Undefined instruction）,。   ARM異常的優(yōu)先級  ARM體系異常種類細(xì)說： 1．復(fù)位異常 當(dāng)處理器的復(fù)位引腳有效時(shí),，系統(tǒng)產(chǎn)生復(fù)位異常中斷，程序跳轉(zhuǎn)到復(fù)位異常中斷處理程序處執(zhí)行,。 復(fù)位異常中斷通常用在下面兩種情況下,。 *系統(tǒng)上電。 *系統(tǒng)復(fù)位,。 當(dāng)復(fù)位異常時(shí),，系統(tǒng)執(zhí)行下列偽操作： R14_svc = UNPREDICTABLE value //任意值 SPSR_svc = UNPREDICTABLE value //任意值 CPSR[4∶0] = 0b10011 /*進(jìn)入管理模式*/ CPSR[5] = 0 /*處理器進(jìn)入ARM狀態(tài)*/ CPSR[6] = 1 /*禁止快速中斷*/ CPSR[7] = 1 /*禁止外設(shè)中斷*/ If high vectors configured then PC = 0xffff0000 Else PC = 0x00000000 復(fù)位異常中斷處理程序的主要功能： *設(shè)置異常中斷向量表。 *初始化數(shù)據(jù)棧和寄存器,。 *初始化存儲系統(tǒng),，如系統(tǒng)中的MMU等。 *初始化關(guān)鍵的I/O設(shè)備,。 *使能中斷,。 *處理器切換到合適的模式。 *初始化C變量,，跳轉(zhuǎn)到應(yīng)用程序執(zhí)行,。 2．未定義指令異常 當(dāng)ARM處理器執(zhí)行協(xié)處理器指令時(shí),，它必須等待一個(gè)外部協(xié)處理器應(yīng)答后,，才能真正執(zhí)行這條指令,。 若協(xié)處理器沒有響應(yīng),，則發(fā)生未定義指令異常。 3．軟中斷SWI 軟中斷異常發(fā)生時(shí),，處理器進(jìn)入特權(quán)模式,，執(zhí)行一些特權(quán)模式下的操作系統(tǒng)功能。 4．預(yù)取指令異常 預(yù)取指令異常是由系統(tǒng)存儲器報(bào)告的,。當(dāng)處理器試圖去取一條被標(biāo)記為預(yù)取無效的指令時(shí),， 發(fā)生預(yù)取異常。 5．?dāng)?shù)據(jù)訪問中止異常 數(shù)據(jù)訪問中止異常是由存儲器發(fā)出數(shù)據(jù)中止信號,，它由存儲器訪問指令Load/Store產(chǎn)生,。 當(dāng)數(shù)據(jù)訪問指令的目標(biāo)地址不存在或者該地址不允許當(dāng)前指令訪問時(shí)，處理器產(chǎn)生數(shù)據(jù)訪問中止異常,。 6．外部中斷IRQ 當(dāng)處理器的外部中斷請求引腳有效,，而且CPSR寄存器的I控制位被清除時(shí),，處理器產(chǎn)生外部中斷IRQ異常,。 系統(tǒng)中各外部設(shè)備通常通過該異常中斷請求處理器服務(wù)。 7．快速中斷FIQ 當(dāng)處理器的快速中斷請求引腳有效且CPSR寄存器的F控制位被清除時(shí),，處理器產(chǎn)生快速中斷請求FIQ異常,。 當(dāng)異常發(fā)生時(shí)，處理器會把PC設(shè)置為一個(gè)特定的存儲器地址,。 這一地址放在被稱為向量表（vector table）的特定地址范圍內(nèi),。 向量表的入口是一些跳轉(zhuǎn)指令，跳轉(zhuǎn)到專門處理某個(gè)異?；蛑袛嗟淖映绦?。  ARM Generic Interrupt Controller ： ARM GIC ： arm 通用中斷控制器 如果對 通用中斷控制器有疑惑的，請看：***arm 通用中斷控制器 中斷的狀態(tài)： Inactive（不激活） 沒有被激活或掛起的中斷 Pending（掛起） 這個(gè)中斷可以被硬件識別或是由軟件產(chǎn)生的,，正處於等待處理器處理,。 Active（激活） 這個(gè)中斷被處理器從通用中斷控制器中的中斷源中識別了出來，并且正在處理這個(gè)中斷,，且沒有處理完成。 Active and pending（激活和掛起） 處理器正在處理某個(gè)中斷,，且通用中斷控制器有一個(gè)掛起的中斷,， 這兩個(gè)中斷是屬于同一個(gè)中斷源的 中斷流程：    進(jìn)入異常 在異常發(fā)生后,，ARM內(nèi)核會作以下工作： 1.在LR中保存下一條指令的地址（即返回地址） 2.將CPSR復(fù)制到適當(dāng)?shù)腟PSR中,； 3.將CPSR模式位強(qiáng)制設(shè)置為與異常類型相對應(yīng)的值,； 4.原來無論是ARM狀態(tài)或THUMB狀態(tài)，都進(jìn)入ARM狀態(tài),； 5.屏蔽快速中斷和外部中斷,。 6.強(qiáng)制PC從相關(guān)的異常向量處取指。 進(jìn)入異常過程： 1. 程序在系統(tǒng)模式下運(yùn)行用戶程序,，假定當(dāng)前處理器狀態(tài)為Thumb狀態(tài),、允許IRQ中斷； 2. 用戶程序運(yùn)行時(shí)發(fā)生IRQ中斷,，硬件完成以下動作： *置位I位（禁止IRQ中斷） *清零T位（進(jìn)入ARM狀態(tài)） *設(shè)置MOD位,，切換處理器模式至IRQ模式 *將下一條指令的地址存入IRQ模式的LR寄存器 *將CPSR寄存器內(nèi)容存入IRQ模式的SPSR寄存器 *將跳轉(zhuǎn)地址存入PC，實(shí)現(xiàn)跳轉(zhuǎn) 中斷響應(yīng)步驟： 1,、保護(hù)斷點(diǎn),， 2、尋找中斷入口,，根據(jù)不同的中斷源所產(chǎn)生的中斷,，查找不同的入口地址。 3,、執(zhí)行中斷處理程序,。 4、中斷返回 具體實(shí)現(xiàn)如下： 1．判斷處理器狀態(tài) 當(dāng)異常發(fā)生時(shí),，處理器自動切換到ARM狀態(tài),，所以在異常處理函數(shù)中要判斷 在異常發(fā)生前處理器是ARM狀態(tài)還是Thumb狀態(tài)。這可以通過檢測SPSR的T位來判斷,。 2．向量表 每一個(gè)異常發(fā)生時(shí)總是從異常向量表開始跳轉(zhuǎn),。最簡單的一種情況是向量表里面的 每一條指令直接跳向?qū)?yīng)的異常處理函數(shù)。 異常處理向量表如下： 利用跳轉(zhuǎn)指令B建立異常向量表 ENTRY ;匯編程序開始 b reset ;跳入reset處理程序 b HandleUndef ;跳到未定義處理程序 b HandSWI ;跳到軟中斷處理程序 b HandPrefetchAbt ;跳到預(yù)取指令處理程序 b HandDataAbt ;跳回?cái)?shù)據(jù)訪問中止處理程序 b HandNoUsed ,；保留 b HandleIRQ ;跳入中斷處理程序 b HandleFIQ ;跳回快速中斷處理標(biāo)簽 注意：跳轉(zhuǎn)指令B的跳轉(zhuǎn)范圍為±32MB,，但很多情況下不能保證所有的異常處理函數(shù)都定位在向量的32MB范圍內(nèi),， 需要更大范圍的跳轉(zhuǎn)，而且由于向量表空間的限制,，只能由一條指令完成,。 具體實(shí)現(xiàn)方法有下面兩種。 （1）MOV PC,，＃imme_value 這種辦法將目標(biāo)地址直接賦值給PC,。但這種方法受格式限制不能處理任意立即數(shù)。 這個(gè)立即數(shù)由一個(gè)8位數(shù)值循環(huán)右移偶數(shù)位得到,。 （2）LDR PC,，[PC+offset] 把目標(biāo)地址先存儲在某一個(gè)合適的地址空間，然后把這個(gè)存儲器單元的32位數(shù)據(jù)傳送給PC來實(shí)現(xiàn)跳轉(zhuǎn),。 這種方法對目標(biāo)地址值沒有要求,。但是存儲目標(biāo)地址的存儲器單元必須在當(dāng)前指令的±4KB空間范圍內(nèi)。 退出異常 當(dāng)異常結(jié)束時(shí),，異常處理程序必須： 1.將LR中的值減去偏移量后存入PC,，偏移量根據(jù)異常的類型而有所不同； 2.將SPSR的值復(fù)制回CPSR,； 3.清零在入口置位的中斷禁止標(biāo)志,。 注：恢復(fù)CPSR的動作會將T,、F和I位自動恢復(fù)為異常發(fā)生前的值,。 退出異常過程 在異常處理結(jié)束后，異常處理程序完成以下動作： *將SPSR寄存器的值復(fù)制回CPSR寄存器,； *將LR寄存的值減去一個(gè)常量后復(fù)制到PC寄存器,，跳轉(zhuǎn)到被中斷的用戶程序。 從異常處理程序中返回 當(dāng)一個(gè)ARM異常處理返回時(shí),，一共有3件事情需要處理 *通用寄存器的恢復(fù) *狀態(tài)寄存器的恢復(fù) *PC指針的恢復(fù) 具體操作如下： 1．恢復(fù)被中斷程序的處理器狀態(tài) PC和CPSR的恢復(fù)可以通過一條指令來實(shí)現(xiàn),，下面是3個(gè)例子。 MOVS PC,，LR SUBS PC,，LR，＃4 LDMFD SP!,，{PC}^ 這幾條指令是普通的數(shù)據(jù)處理指令,，特殊之處在于它們把程序計(jì)數(shù)器寄存器PC作為目標(biāo)寄存器， 并且?guī)Я颂厥獾暮缶Y“S“或“^”,。其中“S“或“^”的作用就是使指令在執(zhí)行時(shí),， 同時(shí)完成從SPSR到CPSR的拷貝，達(dá)到恢復(fù)狀態(tài)寄存器的目的,。 2．異常的返回地址 注意：異常返回時(shí),，另一個(gè)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(jìn)入異常時(shí)會有一個(gè)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(gè)簡單的指令執(zhí)行流水狀態(tài)圖來對此加以說明，如圖所示,， 3級流水線示例： 總結(jié)IRQ中斷處理過程 中斷寄存器： 1,，中斷控制器中有5個(gè)中斷控制寄存器： （1），源掛起寄存器,，SOURCE PENDING (SRCPND) REGISTER 中斷控制寄存器INTCON共有32位,，每一位對應(yīng)著一個(gè)中斷源， 當(dāng)中斷源發(fā)出中斷請求的時(shí)候,，就會置位源掛起寄存器的相應(yīng)位,。反之，中斷的掛起寄存器的值為0,。 該寄存器中的每一位對應(yīng)特定的中斷源,， 當(dāng)該位的值為： 0，表示這個(gè)中斷源中沒有中斷被請求,。 1,，表示該中斷源中有中斷被請求 1.1，子源掛起寄存器（SUB SOURCE PENDING (SUBSRCPND) REGISTER ） （2）,，中斷模式寄存器,，INTERRUPT MODE (INTMOD) REGISTER 中斷模式寄存器INTMOD共有32位，每一位對應(yīng)著一個(gè)中斷源,， 當(dāng)中斷源的模式位設(shè)置為1時(shí),，對應(yīng)的中斷會由ARM920T內(nèi)核以FIQ模式來處理。 相反,，當(dāng)模式位設(shè)置為0時(shí),，中斷會以IRQ模式來處理。默認(rèn)為IRQ模式,。 注意：如果中斷模式為FIQ模式,，INTPND和INTOFFSET寄存器是無效的， 也就是說,，這兩個(gè)寄存器只在IRQ模式下有效,。 該寄存器中的每一位對應(yīng)特定的中斷源， 當(dāng)該位的值為： 0,，表示這個(gè)中斷源中的中斷為IRQ模式,。 1，表示該中斷源中的中斷為FIQ模式 。 （3）,，中斷屏蔽寄存器,，INTERRUPT MASK (INTMSK) REGISTER 這個(gè)寄存器有32位，分別對應(yīng)一個(gè)中斷源,。 當(dāng)中斷源的屏蔽位設(shè)置為1時(shí),，CPU不響應(yīng)該中斷源的中斷請求， 反之,，等于0時(shí)CPU能響應(yīng)該中斷源的中斷請求,。 該寄存器中的每一位對應(yīng)特定的中斷源， 當(dāng)該位的值為： 0,，表示這個(gè)中斷源沒有被屏蔽,，其中的中斷可以被響應(yīng)。 1,，表示該中斷源被屏蔽,，該中斷源中的中斷不可以被響應(yīng) 。 3.1,，子中斷屏蔽寄存器（INTERRUPT SUB MASK (INTSUBMSK) REGISTER ） （4）,，中斷優(yōu)先權(quán)寄存器，PRIORITY REGISTER (PRIORITY) CPU某個(gè)時(shí)刻只能對一個(gè)中斷源進(jìn)行中斷處理,， 如果現(xiàn)在有3個(gè)中斷同時(shí)發(fā)生了,，那CPU要按什么順序處理這個(gè)3個(gè)中斷呢？ 這正是引入優(yōu)先級判斷的原因所在,，通過優(yōu)先級判斷,，CPU可以按某種順序逐個(gè)處理中斷請求。 arm920t 的優(yōu)先級判斷分為兩級,。 ①ARBITER6所控制的REQ0,1,2,3,4,5實(shí)際上對應(yīng)ARBITER0,1,2,3,4,5
②REQ0在任何情況下具有最高優(yōu)先級,，REQ5具有最低優(yōu)先級； 1,，當(dāng) ARB_MODEx = 0： ARB_SELx 仲裁組中的中斷的優(yōu)先級不會被自動改變,， 如：ARB_SEL0 bit[8:7] = 00 優(yōu)先級次序：REQ1>REQ2>REQ3>REQ4（即：EINT0>EINT1>EINT2>EINT3）； bit[8:7] = 01 優(yōu)先級次序：REQ2>REQ3>REQ4<REQ1（即：EINT1>EINT2>EINT3<EINT0）,；
ARB_SEL1 bit[10:9] = 00 優(yōu)先級次序：REQ0> REQ1>REQ2>REQ3>REQ4>REQ5 （即：EINT8_23>INT_CAM>Nbatt_FLT>INT_TICK>INT_WDT/AC97<EINT4_7）； 其他的ARB_SELx同理 2,，當(dāng) ARB_MODEx = 1： ARB_SELx 仲裁組中的中斷被觸發(fā)后,，組中的中斷的優(yōu)先級會被自動改變。 1,，REQ0和REQ5因?yàn)閮?yōu)先級固定而不參與輪轉(zhuǎn) 2,，當(dāng) REQ1 中斷被處理之后，該中斷仲裁組中的中斷優(yōu)先級 ARB_SELx 會變?yōu)?01b,。 3,，當(dāng) REQ2 中斷被處理之后，該中斷仲裁組中的中斷優(yōu)先級 ARB_SELx 會變?yōu)?10b,。 4,，當(dāng) REQ3 中斷被處理之后，該中斷仲裁組中的中斷優(yōu)先級 ARB_SELx 會變?yōu)?11b,。 5,，當(dāng) REQ4 中斷被處理之后，該中斷仲裁組中的中斷優(yōu)先級 ARB_SELx 會變?yōu)?00b,。 如：ARB_SEL0 bit[8:7] = 00 優(yōu)先級次序：REQ1>REQ2>REQ3>REQ4（即：EINT0>EINT1>EINT2>EINT3）,； 假設(shè) REG2 （即 EINT1）中斷被觸發(fā)后，當(dāng)cpu處理完REG2(EINT1)的中斷處理函數(shù)之后,，ARB_SEL0 中的值為 bit[8:7] = 10, 優(yōu)先級次序：REQ3>REQ4<REQ1>REQ2（即：EINT2>EINT3<EINT0>EINT1）,； 其他的 ARB_SELx 同理。 （5）,，中斷掛起寄存器,，INTERRUPT PENDING (INTPND) REGISTER 中斷掛起寄存器INTPND共有32位，每一位對應(yīng)著一個(gè)中斷源,， 當(dāng)中斷請求被響應(yīng)的時(shí)候,，相應(yīng)的位會被設(shè)置為1。 在某一時(shí)刻只有一個(gè)位能為1,，因此在中斷服務(wù)子程序中可以通過判斷INTPND來判斷哪個(gè)中斷正在被響應(yīng),， 在中斷處理函數(shù)退出前，需要清除源掛起寄存器中對應(yīng)的位,，以及 中斷掛起寄存器中對應(yīng)的位,。 5.1，IRQ偏移寄存器（INTERRUPT OFFSET (INTOFFSET) REGISTER ） 中斷偏移寄存器給出INTPND寄存器中哪個(gè)是IRQ模式的中斷請求。 INTOFFSET的值對應(yīng)INTPND中的中斷掛起位,，取值范圍為： 2,，外部中斷寄存器 1,外部中斷控制寄存器（EXTINTn） arm920t有24個(gè)外部中斷有幾種中斷觸發(fā)方式，EXTINTn配置外部中斷的觸發(fā)類型是電平觸發(fā),、邊沿觸發(fā)及觸發(fā)的極性,。 8 個(gè)外部中斷可以由多種信號觸發(fā)方式所請求。EXTINT 寄存器為外部中斷配制信號觸發(fā)方式為電平觸發(fā)或邊沿觸發(fā),， 同時(shí)還配制信號觸發(fā)極性,。 為了確認(rèn)電平中斷，由于噪聲濾波必須保持 EXTINTn引腳上有效邏輯電平至少 40ns EXTINT0: EXTINT1: EXTINT2: 1.1,外部中斷濾波寄存器（EINTFLTn (External Interrupt Filter Register n) ） 為了確認(rèn)電平中斷,，由于噪聲濾波必須保持 EXTINTn引腳上有效邏輯電平至少 40ns,。 2,外部中斷屏蔽寄存器（EINTMASK） EXTMASK[23:4]分別對應(yīng)外部中斷23～4，等于1,，對應(yīng)的中斷被屏蔽,；等于0，允許外部中斷,。EXTMASK[3:0]保留,。 3,外部中斷掛起寄存器 (EINTPEND ) 中斷掛起寄存器INTPND共有32位，前4位保留（因?yàn)镋INT0—EINT3對應(yīng)的掛起位在寄存器INTPND中）,， 4~23位對應(yīng)著一個(gè)中斷源,，當(dāng)中斷請求被響應(yīng)的時(shí)候，相應(yīng)的位會被設(shè)置為1,。 在中斷服務(wù)子程序中可以通過判斷EINTPND來判斷哪個(gè)中斷在提起申請,。 arm920t中斷相關(guān)各寄存器關(guān)系: 測試實(shí)例： 點(diǎn)擊(此處)折疊或打開
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中斷處理函數(shù)： 點(diǎn)擊(此處)折疊或打開
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