ARM異常中斷返回的幾種情況


在學習韋老師視頻中中斷異常部分時候,對於發生中斷時需要執行的#保存異現場 #恢復現場 中的“返回”弄不清楚,查閱網絡文章后,發現一篇概述我覺得我能理解的一篇如下:
 
重要基礎知識:R15(PC)總是指向“正在取指”的指令,而不是指向“正在執行”的指令或正在“譯碼”的指令。一般來說,人們習慣性約定將“正在執行的指令作為參考點”,稱之為當前第一條指令,因此 PC總是指向第三條指令。當 ARM 狀態時,每條指令為 4 字節長,所以 PC 始終指向該指令地址加 8 字節的地址,即:PC 值=當前程序執行位置+8;
    而 ADS 中的 pc,是為了調試看着方便而修改過的,它指向的是正在執行的指令,即“真正 pc-8”!
 
1.SWI 和和未定義指令異常中斷的返回:
指令地址
A         PC-8  當前指令為 SWI 或未定義指令 此時發生中斷.PC 的值還沒有更新.
A+4       PC-4  中斷時處理器將 PC-4 保存到 LR。       ;lr!
A+8       PC
 
返回時,從發生中斷的指令 A(PC-8)的下一條指令 A+4(PC-4)處開始執行,所以直接把 LR 的值賦給 PC 就行了,具體指令為 MOVPC,LR  (PC=A+4=LR)
白話解釋:對於 SWI 和未定義指令異常: 發生異常時 pc 沒有更新,根據 ARM 的三級流水線原理,pc 沒有更新,仍然等於(A+8); lr= pc – 4(這時處理器決定的,無法更改!)即 A+4。
由於這類異常返回后應執行下一條指令(A+4),所以返回時,pc= lr 即可。
 
2.IRQ 和 FIQ 異常中斷處理的返回:
指令地址  對應於 PC
A         PC-8      執行此指令完成后(!)查詢 IRQ 及 FIQ,如果有中斷請求則產生中斷.
A+4       PC-4
A+8       PC         ;lr!
(此時 PC 的值已經更新,指向 A+12.將當前 PC-4,即 A+8 )。
保存到 LR.返回時,要接着執行 A+4(LR-4)處的指令,所以返回指令為
SUBSPC, LR,#4(PC=A+4=LR-4)
白話解釋:對於普中斷和快中斷異常,中斷必須在一條指令執行完以后被檢測到,如正在執行指令甲時發生了中斷,不等指令甲執行完是不會處理該中斷的,發生異常時 pc 已經更新(A+12); lr= pc – 4(這時處理器決定的,無法更改!)即 A+8 返回后,應執行被中斷而沒有執行的指令(上面的 A+4),所以返回時,pc = lr-4
 
3,指令預取中止異常中斷處理的返回:
指令地址
A     PC-8     執行本指令時發生中斷,  
A+4   PC-4     處理器將 A+4(PC-4)保存到 LR.    ;lr!
A+8   PC
 
返回時,發生指令預取中止的指令 A(PC-8)處重新執行,所以返回指令為
SUBSPC, LR,#4(PC=A=LR-4)
白話解釋:對於預取指令中止異常,發生預取指令異常時,是在執行時發生的異常,pc 未更新,即 pc= A+8;lr = pc – 4(這時處理器決定的,無法更改!)即 A+4。
由於這類異常返回后應重新執行異常的那個指令(A),所以返回時,pc= lr-4
 
4,數據訪問中止異常中斷處理的返回:
 
指令地址
A          PC-8    本指令訪問有問題的數據,產生中斷時,PC 的值已經更新   
A+4        PC-4    中斷發生時 PC=A+12,處理器將 A+8(PC-4)保存到 LR.
A+8        PC        ;lr!
 
返回時,要返回到 A 處繼續執行,所以指令為 SUBSPC,  LR,#8.(PC=A=LR-8)
白話解釋:對於數據訪問中止異常,發生數據訪問中止異常時,是在執行時訪問數據錯誤導致的異常,pc 已經更新,即 pc= A+12
lr= pc – 4(這時處理器決定的,無法更改!)即 A+8。
由於這類異常返回后應重新執行異常的那個指令(A),所以返回時,pc= lr-8
 
小節:
Ø 引起 PC 更新的原因一種是數據中止,還有就是中斷了.
Ø 中斷必須是在一條指令執行完畢后才能被檢測到,所以它中斷的只是還未執行的那條指令(pc - 8),所以 pc= lr – 4;
Ø 與中斷相同,SWI 和未定義指令異常也是返回到下一條指令(pc - 4),只是他們在執行時,PC 的值並沒有更新,所以 pc= lr;
Ø 預取指令中止異常,也沒有發生 pc  更新,但它還得重新執行發生異常的那條指令,所以 pc= lr – 4;
Ø 數據訪問中止異常,發生了 pc  更新,並且它也需要重新執行發生異常的那條指令,所以 pc= lr – 8。
如何解釋ARM狀態與Thumb狀態下的FIQ,IRQ,PABT(指令預取終止),DABT(數據預取錯誤)的返回指令一樣: 猜測:thumb的取指是 一次取兩條! 這樣就可以解釋為什么是一樣的。但是還不確定。


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