中断的理解

中断的理解

 

cpu的arm核一般有两类中断，IRQ和FIQ，以rtc中断举例，当arm内核产生了内部中断后，cpu的pending控制器会有一个位进行置1，那么cpu就会拉起和arm核的中断口线，那么arm核就会报告给中断向量表，内核注册中断后就可以有kernel来运行中断处理函数，而中断向量表一般都是些跳转语句，用来跳到中断处理函数的地址位置

如果cpu不做清中断标志位的动作的话，cpu的pending认为还是置1的状态，那么arm核又会报告给中断向量表，这样对于系统来讲中断是一直从核上产生的；如果清中断标志位的话，那么cpu的pending寄存器置为0，此时就不会上报给中断向量表，那么只有下一次中断来临时才会再产生中断。

 

IRQ和FIQ是ARM处理器的两种编程模式。IRQ是指中断模式，FIR是指快速中断模式。对于 FIQ 你必须尽快处理你的事情并离开这个模式。IRQ 可以被 FIQ 所中断，但 IRQ 不能中断 FIQ。为了使 FIQ 更快，所以这种模式有更多的影子寄存器。FIQ 不能调用 SWI（软件中断）。FIQ 还必须禁用中断。如果一个 FIQ 例程必须重新启用中断，则它太慢了，并应该是 IRQ 而不是 FIQ。

对FIQ你必须进快处理中断请求，并离开这个模式。

IRQ可以被FIQ所中断，但FIQ不能被IRQ所中断。在处理FIQ时必须要关闭中断。

FIQ和IRQ是两种不同类型的中断，ARM为了支持这两种不同的中断，提供了对应的叫做FIQ和IRQ处理器模式（ARM有7种处理模式）。

一般的中断控制器里我们可以配置与控制器相连的某个中断输入是FIQ还是IRQ,所以一个中断是可以指定为FIQ或者IRQ的，为了合理，要求系统更快响应，自身处理所耗时间也很短的中断设置为FIQ，否则就设置了IRQ。

如果该中断设置为了IRQ，那么当该中断产生的时候，中断处理器通过IRQ请求线告诉ARM，ARM就知道有个IRQ中断来了，然后ARM切换到IRQ模式运行。类似的如果该中断设置为FIQ，那么当该中断产生的时候，中断处理器通过FIQ请求线告诉ARM，ARM就知道有个FIQ中断来了，然后切换到FIQ模式运行。

简单的对比的话就是FIQ比IRQ快，为什么快呢？

ARM的FIQ模式提供了更多的banked寄存器，r8到r14还有SPSR，而IRQ模式就没有那么多，R8,R9,R10,R11,R12对应的banked的寄存器就没有，这就意味着在ARM的IRQ模式下，中断处理程序自己要保存R8到R12这几个寄存器，然后退出中断处理时程序要恢复这几个寄存器，而FIQ模式由于这几个寄存器都有banked寄存器，模式切换时CPU自动保存这些值到banked寄存器，退出FIQ模式时自动恢复，所以这个过程FIQ比IRQ快.

FIQ比IRQ有更高优先级，如果FIQ和IRQ同时产生，那么FIQ先处理。

在symbian系统里，当CPU处于FIQ模式处理FIQ中断的过程中，预取指令异常，未定义指令异常，软件中断全被禁止，所有的中断被屏蔽。所以FIQ就会很快执行，不会被其他异常或者中断打断，所以它又比IRQ快了。而IRQ不一样，当ARM处理IRQ模式处理IRQ中断时，如果来了一个FIQ中断请求，那正在执行的IRQ中断处理程序会被抢断，ARM切换到FIQ模式去执行这个FIQ，所以FIQ比IRQ快多了。

另外FIQ的入口地址是0x1c,IRQ的入口地址是0x18。

 

ARM 中断处理过程

转自：http://www.xuebuyuan.com/1444406.html

1．寄存器R16用作CPSR(Current Program Status Register，当前程序状态寄存器)，CPSR可在任何运行模式下被访问，它包括条件标志位、中断禁止位、当前处理器模式标志位，以及其他一些相关的控制和状态位。

每一种运行模式下又都有一个专用的物理状态寄存器，称为SPSR（Saved Program Status Register，备份的程序状态寄存器），当异常发生时，SPSR用于保存CPSR的当前值，从异常退出时则可由SPSR来恢复CPSR。

由于用户模式和系统模式不属于异常模式，他们没有SPSR，当在这两种模式下访问SPSR，结果是未知的

   当中断产生的时候，把CPSR保存在SPSR是自动完成的。

 

对异常的响应

当一个异常出现以后，ARM微处理器会执行以下几步操作： （自动处理的）

1、将下一条指令的地址存入相应连接寄存器LR，以便程序在处理异常返回时能从正确的位置重新开始执行。若异常是从ARM状态进入，LR寄存器中保存的是下一条指令的地址（当前PC＋4或PC＋8，与异常的类型有关）；若异常是从Thumb状态进入，则在LR寄存器中保存当前PC的偏移量，这样，异常处理程序就不需要确定异常是从何种状态进入的。例如：在软件中断异常SWI，指令MOV PC，R14_svc总是返回到下一条指令，不管SWI是在ARM状态执行，还是在Thumb状态执行。

2、将CPSR复制到相应的SPSR中。

3、根据异常类型，强制设置CPSR的运行模式位。

4、强制PC从相关的异常向量地址取下一条指令执行，从而跳转到相应的异常处理程序处。

还可以设置中断禁止位，以禁止中断发生。

如果异常发生时，处理器处于Thumb状态，则当异常向量地址加载入PC时，处理器自动切换到ARM状态

 

从异常返回 （手动处理的）

异常处理完毕之后，ARM微处理器会执行以下几步操作从异常返回：

1、将连接寄存器LR的值减去相应的偏移量后送到PC中。

2、将SPSR复制回CPSR中。

3、若在进入异常处理时设置了中断禁止位，要在此清除。

可以认为应用程序总是从复位异常处理程序开始执行的，因此复位异常处理程序不需要返回。

 

 

 

                                 几种CPU工作模式

 

 

用户模式（User,usr）	正常程序执行的模式
快速中断模式（FIQ,fiq）	用于高速数据传输和通道处理
外部中断模式（IRQ,irq）	用户通常的中断使用
特权模式（Supervisor,sve）	供操作系统使用的一种保护模式
数据访问中止模式（Abort,abt）	用于虚拟存储及存储保护
未定义指令中止模式（Undefin- ed,und）	用于支持通过软件仿真硬件的协处理器
系统模式（System,sys）	用于运行特权级的操作系统任务

 

除用户模式外都是特权模式(任意地进行处理器模式的切换)。。

除用户模式和系统模式外都是异常模式。

 

对不同的中断模式都有独立的堆栈和独立的堆栈指针(SP)和(LR)

 

 

从SWI和Undef异常返回时使用
movs pc,LR

 

从FIQ,IRQ和预取终止返回时使用
SUBS PC, LR, #4

 

从数据异常返回时使用
SUBS PC, LR, #8

 

在使用上述指令异常返回时，如果LR之前被压栈的话使用LDM
LDMFD SP! {PC}^

 

 

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