bootloader之ARM的處理器模式

ARM異常中斷處理概述

當正常的程序執行流程發生暫時的停止時，稱之為異常，例如處理一個外部的中斷請求。在處理異常之前，當前處理器的狀態必須保留，這樣當異常處理完成之后，當前程序可以繼續執行。處理器允許多個異常同時發生，它們將會按固定的優先級進行處理。
ARM體系結構中的異常，與8位/16位體系結構的中斷有很大的相似之處，但異常與中斷的概念并不完全等同。

ARM體系結構所支持的異常類型

異常類型                           具體含義
復位                         復位電平有效時，產生復位異常，程序跳轉到復位處理程序處執行。
未定義指令          遇到不能處理的指令時，產生未定義指令異常。
軟件中斷                 執行SWI指令產生，用于用戶模式下的程序調用特權操作指令。
指令預取中止        處理器預取指令的地址不存在，或該地址不允許當前指令訪問，產生指令預取中止異常。
數據中止                處理器數據訪問指令的地址不存在，或該地址不允許當前指令訪問時，產生數據中止異常。
IRQ                         外部中斷請求有效，且CPSR中的I位為0時，產生IRQ異常。
FIQ                      快速中斷請求引腳有效，且CPSR中的F位為0時，產生FIQ異常。

異常向量表（Exception Vectors）

地址                                   異常                                  進入模式

0x0000,0000                 復位                                      管理模式

ox0000,0004                 未定義指令                          未定義模式

0x0000,0008                  軟件中斷                              管理模式

0x0000,000c                 中止（預存指令）            中止模式

0x0000,0010                中止（數據）                    中止模式

0x0000,0014                  保留                                     保留

0x0000,0018                 IRQ                                         IRQ

0x0000,001c                  FIQ                                        FIQ

異常優先級（Exceprion Priorities）

優先級                             異常

1（最高）                        復位

2                                        數據中止

3                                        FIQ

4                                        IRQ

5                                        預取指令

6（最低）                        未定義指令、SWI

對異常的響應

當一個異常出現以后，ARM微處理器會執行以下幾步操作

1、將下一條指令的地址存入相應連接寄存器LR，以便程序在處理異常返回時能從正確的位置重新開始執行。
2、將CPSR復制到相應的SPSR中。
3、根據異常類型，強制設置CPSR的運行模式位。
4、強制PC從相關的異常向量地址取下一條指令執行，從而跳轉到相應的異常處理程序處。

異常處理完畢之后，ARM微處理器會執行以下幾步操作從異常返回：

1、將連接寄存器LR的值減去相應的偏移量后送到PC中。
2、將SPSR復制回CPSR中。
3、若在進入異常處理時設置了中斷禁止位，要在此清除。

可以認為應用程序總是從復位異常處理程序開始執行的，因此復位異常處理程序不需要返

中斷處理程序的安裝

一般在系統的啟動代碼中安裝異常處理程序。大致可以分為兩種情況：

1、地址處存儲器為ROM/FLASH
2、地址處存儲器為RAM

在ROM/FLASH中安裝中斷處理程序

在ROM/FLASH的異常中斷向量表中，可以使用LDR指令直接向程序計數器PC中賦值，也可以直接使用跳轉指令轉到異常中斷處理程序。

當0地址處為ROM時，將跳轉指令安裝在0地址處：
中斷向量表：
b SYS_RST_HANDLER   ；0x00000000
b UDF_INS_HANDLER    ；0x00000004
b SWI_SVC_HANDLER   ；0x00000008
b INS_ABT_HANDLER     ；0x0000000c
b DAT_ABT_HANDLER   ；0x00000010
b .                                         ；nop
b IRQ_SVC_HANDLER    ；0x00000018
b FIQ_SVC_HANDLER    ；0x0000001c

;為中斷向量分配地址空間，此空間處為RAM的地址
MAP _ISR_STARTADDRESS
    SYS_RST_VECTOR      # 4  
    UDF_INS_VECTOR      # 4
   SWI_SVC_VECTOR    # 4
   INS_ABT_VECTOR      # 4
    DAT_ABT_VECTOR      # 4
    RESERVED_VECTOR   # 4
   IRQ_SVC_VECTOR     # 4
    FIQ_SVC_VECTOR     # 4

RAM中安裝中斷處理程序

當0地址處為RAM時，中斷向量表必須使用數據讀取指令直接指向PC中賦值的形式。而且必須把中斷向量從ROM中復制到RAM地址的0地址處。

MOV r8, #0   ；
ADR r9, Vector_Init_Block
LDMIA r9!, {r0-r7}
STMIA r8!, {r0-r7}