在ARM体系中,通常有以下3种方式控制程序的执行流程:
- 在正常程序执行过程中,每执行一条ARM指令,程序计数寄存器PC的值加4个字节;每执行一条Thumb指令,程序计数寄存器PC的值加2个字节。整个过程是按顺序执行的。
- 通过跳转指令,程序可以跳转到特定的地址标号处执行,或者跳转到特定的子程序处执行。其中,B指令用于执行跳转操作;BL指令在执行跳转操作的同时,保存子程序的返回地址;BX指令在执行跳转操作的同时,根据目标地址的最低位可以将程序状态切换到Thumb状态;BLX指令执行3个操作,跳转到目标地址处执行,保存子程序的返回地址,根据目标地址的最低位可以将程序状态切换到Thumb状态。
- 当异常中断发生时,系统执行完当前指令后,跳转到相应的异常中断处理程序处执行。在异常中断处理程序执行完成后,程序返回到发生中断的指令的下一条指令处执行。在进入异常中断处理程序时,要保存被中断的程序的执行现场,在从异常中断处理程序退出时,要恢复被中断的程序的执行现场。
ARM中异常中断的种类:
ARM体系中的异常中断如下表所示。
各种异常中断都具有各自的备份的寄存器组,在本章前面已经有了比较详细的介绍,这里不再重复。
当多个异常中断同时发生时,可以根据异常中断的优先级响应优先级最高的异常中断。关于异常中断的优先级将在以后介绍。
ARM体系中的异常中断
异常中断名称 | 含义 |
复位(reset) | 当处理器的复位引脚有效时,系统产生复位异常中断,程序跳转到复位异常中断处理程序处执行,复位异常中断通常用于下面几种情况: 系统加电时;系统复位时;跳转到复位中断向量处执行,称为软复位; |
未定义指令 | 当ARM处理器或者是系统中的协处理器认为当前指令未定义时,产生未定义的指令异常中断,可以通过异常中断机制仿真浮点向量运行; |
软件中断 | 这是一个用户定义的中断指令,可用于用户模式下的程序调用特权操作指令。 |
指令预取中止 | 如果处理器预取的指令的地址不存在,或者该地址不允许当前指令访问,当该被取的指令执行时,处理器产生指令预取中止异常中断; |
数据访问中止 | 如果数据访问指令的目标地址不存在,或者该地址不允许当前指令访问,处理器产生数据访问中止异常中断; |
外部中断请求 | 当处理器的外部中断请求引脚有效时,而且CPSR寄存器的I控制位被清除时,处理器产生外部中断请求异常中断,系统中各外设通常通过异常中断请求处理器服务; |
快速中断请求 | 当处理器的外部快速中断请求引脚有效时,而且CPSR寄存器的F控制位被清除时,处理器产生外部中断请求异常中断; |
ARM处理器对异常中断的响应过程:
ARM处理器对异常中断的响应过程如下所述。
(1)保存处理器当前状态、中断屏蔽位以及各条件标志位。这是通过将当前程序状态寄存器CPSR的内容保存到将要执行的异常中断对应的SPSR寄存器中实现的,各异常中断有自己的物理SPSR寄存器。
(2)设置当前程序状态寄存器CPSR中相应的位。包括设置CPSR中的位,使处理器进入相应的执行模式,设置CPSR中的位,禁止IRQ中断,当进入FIQ模式时,禁止FIQ中断。
(3)将寄存器lr_mode设置成返回地址;
(4)将程序计数器PC设置成该异常中断的中断向量地址,从而跳转到相应的异常中断处理程序处执行;
上述的处理器对异常中断的响应过程可以用如下的代码来描述:
R14_<mode> = return link
SPSR_<mode> = CPSR
CPSR[4:0] = exception mode number
CPSR[5] = 0;
if(exception_mode > reset or FIQ) then
CPSR[6] = 1
CPSR[7] = 1
PC = exception vector address
从异常中断处理程序中返回:
从异常中断处理程序中返回包括以下两个基本操作。
(1)恢复被中断的程序的处理器状态,即将SPSR_mode寄存器内容复制到CPSR中。
(2)返回到发生异常中断的指令的下一条指令处执行,即把lr_mode寄存器的内容复制到程序计数器PC中。
在复位异常中断处理程序开始整个用户程序的执行,因而它不需要返回。
实际上,当异常中断发生时,程序计数器PC所指的位置对于各种不同的异常中断是不同的,同样的,返回地址对于各种不同的异常中断也是不同的。