版权声明：本文为小斑马学习总结文章，技术来源于韦东山著作，转载请注明出处！
一、概念引入与处理流程
取个场景解释中断。
假设有个大房间里面有小房间，婴儿正在睡觉，他的妈妈在外面看书。
问：这个母亲怎么才能知道这个小孩醒？
过一会打开一次房门，看婴儿是否睡醒，让后接着看书
一直等到婴儿发出声音以后再过去查看，期间都在读书
第一种 叫做查询方式：
- 优点：简单
- 缺点： 累
写程序如何：
while(1)
{
1 read book(读书)
2 open door（开门）
if(睡)
return(read book)
else
照顾小孩
}
第二种叫中断方式：
- 优点：不累
- 缺点：复杂
while(1)
{
read book
中断服务程序()//如何被调用？
{
处理照顾小孩
}
}
母亲的处理过程:
- 1 平时看书
- 2 发生了各种声音，如何处理这些声音
有远处的猫叫（听而不闻，忽略）
门铃声有快递（开门收快递）
小孩哭声（打开房门，照顾小孩） - 3 母亲的处理
只会处理门铃声和小孩哭声
a 现在书中放入书签，合上书(保存现场)
b 去处理 (调用对应的中断服务程序)
c 继续看书(恢复现场)
不同情况，不同处理：
a 对于门铃：开门取快件
b 对于哭声:照顾小孩
我们将母亲的处理过程抽象化——母亲的头脑相当于CPU
耳朵听到声音会发送信号给脑袋，声音来源有很多种，有远处的猫叫，门铃声，小孩哭声。这些声音传入耳朵，再由耳朵传给大脑，除了这些可以中断母亲的看书，还有其他情况，比如身体不舒服，有只蜘蛛掉下来，对于特殊情况无法回避，必须立即处理
对比我们的arm系统
图片来源于白问网
中断控制器可以发信号给CPU告诉它发生了那些紧急情况
中断源有按键、定时器、有其它的（比如网络数据）
这些信号都可以发送信号给中断控制器，再由中断控制器发送信号给CPU表明有这些中断产生了，这些成为中断(属于一种异常)
还有什么可以中断CPU运行？
指令不对，数据访问有问题
reset信号，这些都可以中断CPU 这些成为异常中断
重点在于保存现场以及恢复现场
处理过程
- a 保存现场(各种寄存器)
- b 处理异常(中断属于一种异常)
- c 恢复现场
arm对异常(中断)处理过程
-1 初始化:
- a 设置中断源，让它可以产生中断
- b 设置中断控制器(可以屏蔽某个中断，优先级)
- c 设置CPU总开关，(使能中断)
2 执行其他程序:正常程序
3 产生中断:按下按键--->中断控制器--->CPU
4 cpu每执行完一条指令都会检查有无中断/异常产生
5 发现有中断/异常产生，开始处理。对于不同的异常，跳去不同的地址执行程序。这地址上，只是一条跳转指令，跳去执行某个函数(地址)，这个就是异常向量。如下就是异常向量表,对于不同的异常都有一条跳转指令。
.globl _start
_start: b reset
ldr pc, _undefined_instruction
ldr pc, _software_interrupt
ldr pc, _prefetch_abort
ldr pc, _data_abort
ldr pc, _not_used
ldr pc, _irq //发生中断时，CPU跳到这个地址执行该指令 **假设地址为0x18**
ldr pc, _fiq
//我们先在0x18这里放 ldr pc ,__irq,于是cpu最终会跳去执行__irq代码
//保护现场，调用处理函数，恢复现场
(3-5都是硬件强制做的)
6 这些函数做什么事情?
软件做的:
- a 保存现场(各种寄存器)
- b 处理异常(中断):
分辨中断源
再调用不同的处理函数 - c 恢复现场
对比母亲的处理过程来比较arm中断的处理过程。
中断处理程序怎么被调用？
CPU--->0x18 --跳转到其他函数->
- 做保护现场
- 调用函数
- 分辨中断源
- 调用对应函数
- 恢复现场
cpu到0x18是由硬件决定的，跳去执行更加复杂函数(由软件决定)
二、CPU模式(Mode)_状态(State)与寄存器
CPU的工作模式(Mode) 状态(State)寄存器
7种Mode:
usr/sys
undefined(und)
Supervisor(svc)
Abort(abt)
IRQ(irq)
FIQ(fiq)
2种State:
ARM state
Thumb state
寄存器：
通用寄存器
备份寄存器(banked register)
当前程序状态寄存器(Current Program Status Register);CPSR
CPSR的备份寄存器:SPSR(Save Program Status Register)
我们仍然以这个母亲为例讲解这个CPU模式
这个母亲无压力看书 -->(正常模式)
要考试，看书--->(兴奋模式)
生病---->(异常模式)
可以参考书籍 《ARM体系结构与编程》作者：杜春雷
对于ARM CPU有7种模式：
- 1 usr ：类比 正常模式
- 2 sys ：类比的话兴奋模式
3 5种异常模式：(2440用户手册72页)
3.1 und ：未定义模式
3.2 svc ：管理模式
3.3 abt ：终止模式
a 指令预取终止(读写某条错误的指令导致终止运行)
b 数据访问终止 (读写某个地址，这个过程出错)
都会进入终止模式
3.4 IRQ： 中断模式
3.5 FIQ： 快中断模式
我们可以称以下6种为特权模式
und ：未定义模式
svc ：管理模式
abt ：终止模式
IRQ ：中断模式
FIQ ：快中断模式
sys ：系统模式
usr用户模式(不可直接进入其他模式) 可以编程操作CPSR直接进入其他模式
这个图是有关各个模式下能访问寄存器的，再讲这个图之前我们先引入 2种state
CPU有两种state:
- 1 ARM state:使用ARM指令集，每个指令4byte
- 2 Thumb state:使用的是Thumb指令集，每个指令2byte
比如同样是:
mov R0, R1 编译后
对于ARM指令集要占据4个字节：机器码
对于Thumb指令集占据2个字节：机器码
引入Thumb减少存储空间
ARM指令集与Thumb指令集的区别：
Thumb 指令可以看作是 ARM 指令压缩形式的子集,是针对代码密度的问题而提出的,它具有 16 位的代码密度但是它不如ARM指令的效率高 .
Thumb 不是一个完整的体系结构,不能指望处理只执行Thumb 指令而不支持 ARM 指令集.
因此,Thumb 指令只需要支持通用功能,必要时可以借助于完善的 ARM 指令集,比如,所有异常自动进入 ARM 状态.在编写 Thumb 指令时,先要使用伪指令 CODE16 声明,而且在 ARM 指令中要使用 BX指令跳转到 Thumb 指令,以切换处理器状态.编写 ARM 指令时,则可使用伪指令 CODE32声明.
使用Thumb指令集编译，看是否生成的bin文件会变小很多
在每种模式下都有R0 ~ R15
在这张图注意到有些寄存器画有灰色的三角形，表示访问该模式下访问的专属寄存器
比如
mov R0, R8
mov R0, R8
在System 模式下访问的是R0 ~ R8,在所有模式下访问R0都是同一个寄存器
mov R0,R8_fiq
但是在FIQ模式下，访问R8是访问的FIQ模式专属的R8寄存器，不是同一个物理上的寄存器
在这五种异常模式中每个模式都有自己专属的R13 R14寄存器，R13用作SP(栈) R14用作LR(返回地址)
LR是用来保存发生异常时的指令地址
为什么快中断(FIQ)有那么多专属寄存器，这些寄存器称为备份寄存器
回顾一下中断的处理过程
- 1 保存现场(保存被中断模式的寄存器)
就比如说我们的程序正在系统模式/用户模式下运行，当你发生中断时，需要把R0 ~ R14这些寄存器全部保存下来，让后处理异常，最后恢复这些寄存器
但如果是快中断，那么我就不需要保存 系统/用户模式下的R8 ~ R12这几个寄存器，在FIQ模式下有自己专属的R8 ~ R12寄存器，省略保存寄存器的时间，加快处理速度
但是在Linux中并不会使用FIQ模式 - 2 处理
- 3 恢复现场
CRSR当前程序状态寄存器，这是一个特别重要的寄存器
SPSR保存的程序状态寄存器，他们格式如下：首先 M4 ~ M0 表示当前CPU处于哪一种模式(Mode)；
我们可以读取这5位来判断CPU处于哪一种模式，也可以修改这一种模式位，让其修改这种模式；
假如你当前处于用户模式下，是没有权限修改这些位的；
M4 ~ M0对应什么值，会有说明：
查看其他位
Bit5 State bits表示CPU工作与Thumb State还是ARM State用的指令集是什么
Bit6 FIQ disable当bit6等于1时，FIQ是不工作的
Bit7 IRQ disable当bit5等于1时，禁止所有的IRQ中断，这个位是IRQ的总开关
Bit8 ~ Bit27是保留位
Bite28 ~ Bit31是状态位，
什么是状态位，比如说执行一条指令
cmp R0, R1
如果R0 等于 R1 那么zero位等于1，这条指令影响 Z 位，如果R0 == R1，则Z = 1
beq跳转到xxx这条指令会判断Bit30是否为1，是1的话则跳转，不是1的话则不会跳转
使用 Z 位，如果 Z 位等于1 则跳转，这些指令是借助状态位实现的
SPSR保存的程序状态寄存器：
表示发生异常时这个寄存器会用来保存被中断的模式下他的CPSR
就比如我我的程序在系统模式下运行 CPSR是某个值，当发生中断时会进入irq模式，这个CPSR_irq就保存系统模式下的CPSR
我们来看看发生异常时CPU是如何协同工作的：
进入异常的处理流程(硬件)我们来翻译一下：
发生异常时，我们的CPU会做什么事情 - 1把下一条指令的地址保存在LR寄存器里(某种异常模式的LR等于被中断的下一条指令的地址)
它有可能是PC + 4有可能是PC + 8,到底是那种取决于不同的情况 - 2 把CPSR保存在SPSR里面(某一种异常模式下SPSR里面的值等于CPSR)
- 3 修改CPSR的模式为进入异常模式(修改CPSR的M4 ~ M0进入异常模式)
- 4 跳到向量表
退出异常怎么做？
让LR减去某个值，让后赋值给PC(PC = 某个异常LR寄存器减去 offset)
减去什么值呢？
也就是我们怎么返回去继续执行原来的程序，根据下面这个表来取值如果发生的是SWI可以把 R14_svc复制给PC
如果发生的是IRQ可以把R14_irq的值减去4赋值给PC - 2 把CPSR的值恢复(CPSR 值等于 某一个一场模式下的SPSR)
- 3 清中断（如果是中断的话，对于其他异常不用设置）
三、不重要_Thumb指令集程序示例
ARM State 每条指令会占据4byte
Thumb State 每条指令占据2byte
打开Makefile和Start.S
all:
arm-linux-gcc -c -o led.o led.c
arm-linux-gcc -c -o uart.o uart.c
arm-linux-gcc -c -o init.o init.c
arm-linux-gcc -c -o main.o main.c
arm-linux-gcc -c -o start.o start.S
#arm-linux-ld -Ttext 0 -Tdata 0x30000000 start.o led.o uart.o init.o main.o -o sdram.elf
arm-linux-ld -T sdram.lds start.o led.o uart.o init.o main.o -o sdram.elf
arm-linux-objcopy -O binary -S sdram.elf sdram.bin
arm-linux-objdump -D sdram.elf > sdram.dis
clean:
rm *.bin *.o *.elf *.dis
对于使用Thumb指令集
all:
arm-linux-gcc -mthumb -c -o led.o led.c//只需要在arm-linux-gcc加上 mthumb命令即可
arm-linux-gcc -c -o uart.o uart.c
arm-linux-gcc -c -o init.o init.c
arm-linux-gcc -c -o main.o main.c
arm-linux-gcc -c -o start.o start.S
#arm-linux-ld -Ttext 0 -Tdata 0x30000000 start.o led.o uart.o init.o main.o -o sdram.elf
arm-linux-ld -T sdram.lds start.o led.o uart.o init.o main.o -o sdram.elf
arm-linux-objcopy -O binary -S sdram.elf sdram.bin
arm-linux-objdump -D sdram.elf > sdram.dis
clean:
rm *.bin *.o *.elf *.dis
改进
all: led.o uart.o init.o main.o start.o //all依赖led.o uart.o init.o main.o start.o
#arm-linux-ld -Ttext 0 -Tdata 0x30000000 start.o led.o uart.o init.o main.o -
o sdram.elf
arm-linux-ld -T sdram.lds start.o led.o uart.o init.o main.o -o sdram.elf
arm-linux-objcopy -O binary -S sdram.elf sdram.bin
arm-linux-objdump -D sdram.elf > sdram.dis
clean:
rm .bin .o .elf .dis
%.o : %.c
arm-linux-gcc -mthumb -c -o $@ $< //对于所有的.c文件使用规则就可以使用thumb指令集编译 $@表示目标 $<表示第一个依赖
%.o : %.S
arm-linux-gcc -c -o $@ $<
对start.S需要修改代码
原重定位章节Start.S文件
.text
.global _start
_start:
/* 关闭看门狗 */
ldr r0, =0x53000000
ldr r1, =0
str r1, [r0]
/* 设置MPLL, FCLK : HCLK : PCLK = 400m : 100m : 50m */
/* LOCKTIME(0x4C000000) = 0xFFFFFFFF */
ldr r0, =0x4C000000
ldr r1, =0xFFFFFFFF
str r1, [r0]
/* CLKDIVN(0x4C000014) = 0X5, tFCLK:tHCLK:tPCLK = 1:4:8 */
ldr r0, =0x4C000014
ldr r1, =0x5
str r1, [r0]
/* 设置CPU工作于异步模式 */
mrc p15,0,r0,c1,c0,0
orr r0,r0,#0xc0000000 //R1_nF:OR:R1_iA
mcr p15,0,r0,c1,c0,0
/* 设置MPLLCON(0x4C000004) = (92<<12)|(1<<4)|(1<<0)
* m = MDIV+8 = 92+8=100
* p = PDIV+2 = 1+2 = 3
* s = SDIV = 1
* FCLK = 2*m*Fin/(p*2^s) = 2*100*12/(3*2^1)=400M
*/
ldr r0, =0x4C000004
ldr r1, =(92<<12)|(1<<4)|(1<<0)
str r1, [r0]
/* 一旦设置PLL, 就会锁定lock time直到PLL输出稳定
* 然后CPU工作于新的频率FCLK
*/
/* 设置内存: sp 栈 */
/* 分辨是nor/nand启动
* 写0到0地址, 再读出来
* 如果得到0, 表示0地址上的内容被修改了, 它对应ram, 这就是nand启动
* 否则就是nor启动
*/
mov r1, #0
ldr r0, [r1] /* 读出原来的值备份 */
str r1, [r1] /* 0->[0] */
ldr r2, [r1] /* r2=[0] */
cmp r1, r2 /* r1==r2? 如果相等表示是NAND启动 */
ldr sp, =0x40000000+4096 /* 先假设是nor启动 */
moveq sp, #4096 /* nand启动 */
streq r0, [r1] /* 恢复原来的值 */
bl sdram_init
//bl sdram_init2 /* 用到有初始值的数组, 不是位置无关码 */
/* 重定位text, rodata, data段整个程序 */
bl copy2sdram
/* 清除BSS段 */
bl clean_bss
//bl main /* 使用BL命令相对跳转, 程序仍然在NOR/sram执行 */
ldr pc, =main /* 绝对跳转, 跳到SDRAM */
halt:
b halt
使用thumb指令集的Start.S文件
.text
.global _start
.code 32 //表示后续的指令使用ARM指令集
_start:
/* 关闭看门狗 */
ldr r0, =0x53000000
ldr r1, =0
str r1, [r0]
/* 设置MPLL, FCLK : HCLK : PCLK = 400m : 100m : 50m */
/* LOCKTIME(0x4C000000) = 0xFFFFFFFF */
ldr r0, =0x4C000000
ldr r1, =0xFFFFFFFF
str r1, [r0]
/* CLKDIVN(0x4C000014) = 0X5, tFCLK:tHCLK:tPCLK = 1:4:8 */
ldr r0, =0x4C000014
ldr r1, =0x5
str r1, [r0]
/* 设置CPU工作于异步模式 */
mrc p15,0,r0,c1,c0,0
orr r0,r0,#0xc0000000 //R1_nF:OR:R1_iA
mcr p15,0,r0,c1,c0,0
/* 设置MPLLCON(0x4C000004) = (92<<12)|(1<<4)|(1<<0)
* m = MDIV+8 = 92+8=100
* p = PDIV+2 = 1+2 = 3
* s = SDIV = 1
* FCLK = 2*m*Fin/(p*2^s) = 2*100*12/(3*2^1)=400M
*/
ldr r0, =0x4C000004
ldr r1, =(92<<12)|(1<<4)|(1<<0)
str r1, [r0]
/* 一旦设置PLL, 就会锁定lock time直到PLL输出稳定
* 然后CPU工作于新的频率FCLK
*/
/* 设置内存: sp 栈 */
/* 分辨是nor/nand启动
* 写0到0地址, 再读出来
* 如果得到0, 表示0地址上的内容被修改了, 它对应ram, 这就是nand启动
* 否则就是nor启动
*/
mov r1, #0
ldr r0, [r1] /* 读出原来的值备份 */
str r1, [r1] /* 0->[0] */
ldr r2, [r1] /* r2=[0] */
cmp r1, r2 /* r1==r2? 如果相等表示是NAND启动 */
ldr sp, =0x40000000+4096 /* 先假设是nor启动 */
moveq sp, #4096 /* nand启动 */
streq r0, [r1] /* 恢复原来的值 */
/* 怎么从ARM State切换到Thumb State? */
adr r0, thumb_func //定义此标号的地址
add r0, r0, #1 /* bit0=1时, bx就会切换CPU State到thumb state */
bx r0
.code 16 //下面都使用thumb指令集
thumb_func: //需要得到这个标号的地址
/*下面就是使用thumb指令来执行程序*/
bl sdram_init
//bl sdram_init2 /* 用到有初始值的数组, 不是位置无关码 */
/* 重定位text, rodata, data段整个程序 */
bl copy2sdram
/* 清除BSS段 */
bl clean_bss
//bl main /* 使用BL命令相对跳转, 程序仍然在NOR/sram执行 */
ldr r0, =main /* 绝对跳转, 跳到SDRAM ,先把main的地址赋值给R0 */
mov pc, r0 /*让后再移动到PC*/
halt:
b halt
上传代码编译测试
出现错误,如下
init.o(.text+0x6c):In function 'sdram_init2';
undefined reference to 'memcpy'
发现是init,o里sdram_init2使用的了memcpy函数
查看init.c
#include "s3c2440_soc.h"
void sdram_init(void)
{
BWSCON = 0x22000000;
BANKCON6 = 0x18001;
BANKCON7 = 0x18001;
REFRESH = 0x8404f5;
BANKSIZE = 0xb1;
MRSRB6 = 0x20;
MRSRB7 = 0x20;
}
#if 0
/**************************************************************************
* 设置控制SDRAM的13个寄存器
* 使用位置无关代码
**************************************************************************/
void memsetup(void)
{
unsigned long *p = (unsigned long *)MEM_CTL_BASE;
p[0] = 0x22111110; //BWSCON
p[1] = 0x00000700; //BANKCON0
p[2] = 0x00000700; //BANKCON1
p[3] = 0x00000700; //BANKCON2
p[4] = 0x00000700; //BANKCON3
p[5] = 0x00000700; //BANKCON4
p[6] = 0x00000700; //BANKCON5
p[7] = 0x00018005; //BANKCON6
p[8] = 0x00018005; //BANKCON7
p[9] = 0x008e07a3; //REFRESH,HCLK=12MHz:0x008e07a3,HCLK=100MHz:0x008e04f4
p[10] = 0x000000b2; //BANKSIZE
p[11] = 0x00000030; //MRSRB6
p[12] = 0x00000030; //MRSRB7
}
#endif
/*下面函数使用了memcpy函数，显然是编译器的操作，使用了memcpy把数
组里的值从代码段拷贝到了arr局部变量里
是否可以禁用掉memcpy*/
void sdram_init2(void)
{
unsigned int arr[] = {
0x22000000, //BWSCON
0x00000700, //BANKCON0
0x00000700, //BANKCON1
0x00000700, //BANKCON2
0x00000700, //BANKCON3
0x00000700, //BANKCON4
0x00000700, //BANKCON5
0x18001, //BANKCON6
0x18001, //BANKCON7
0x8404f5, //REFRESH,HCLK=12MHz:0x008e07a3,HCLK=100MHz:0x008e04f4
0xb1, //BANKSIZE
0x20, //MRSRB6
0x20, //MRSRB7
};
volatile unsigned int * p = (volatile unsigned int *)0x48000000;
int i;
for (i = 0; i < 13; i++)
{
*p = arr[i];
p++;
}
}
章说没有什么方法禁用memecpy但是可以修改这些变量
比如说将其修改为静态变量，这些数据就会放在数据段中，最终重定位时会把数据类拷贝到对应的arr地址里面去
void sdram_init2(void)
{
const static unsigned int arr[] = { //加上const 和static
0x22000000, //BWSCON
0x00000700, //BANKCON0
0x00000700, //BANKCON1
0x00000700, //BANKCON2
0x00000700, //BANKCON3
0x00000700, //BANKCON4
0x00000700, //BANKCON5
0x18001, //BANKCON6
0x18001, //BANKCON7
0x8404f5, //REFRESH,HCLK=12MHz:0x008e07a3,HCLK=100MHz:0x008e04f4
0xb1, //BANKSIZE
0x20, //MRSRB6
0x20, //MRSRB7
};
volatile unsigned int * p = (volatile unsigned int *)0x48000000;
int i;
for (i = 0; i < 13; i++)
{
*p = arr[i];
p++;
}
}
拷贝进行实验
得出bin文件有1.4k左右
查看反汇编代码
sdram.elf: file format elf32-littlearm
Disassembly of section .text:
/*前面这些ARM指令还是占用4个字节*/
30000000 <_start>:
30000000: e3a00453 mov r0, #1392508928 ; 0x53000000
30000004: e3a01000 mov r1, #0 ; 0x0
30000008: e5801000 str r1, [r0]
3000000c: e3a00313 mov r0, #1275068416 ; 0x4c000000
30000010: e3e01000 mvn r1, #0 ; 0x0
30000014: e5801000 str r1, [r0]
30000018: e59f005c ldr r0, [pc, #92] ; 3000007c <.text+0x7c>
3000001c: e3a01005 mov r1, #5 ; 0x5
30000020: e5801000 str r1, [r0]
30000024: ee110f10 mrc 15, 0, r0, cr1, cr0, {0}
30000028: e3800103 orr r0, r0, #-1073741824 ; 0xc0000000
3000002c: ee010f10 mcr 15, 0, r0, cr1, cr0, {0}
30000030: e59f0048 ldr r0, [pc, #72] ; 30000080 <.text+0x80>
30000034: e59f1048 ldr r1, [pc, #72] ; 30000084 <.text+0x84>
30000038: e5801000 str r1, [r0]
3000003c: e3a01000 mov r1, #0 ; 0x0
30000040: e5910000 ldr r0, [r1]
30000044: e5811000 str r1, [r1]
30000048: e5912000 ldr r2, [r1]
3000004c: e1510002 cmp r1, r2
30000050: e59fd030 ldr sp, [pc, #48] ; 30000088 <.text+0x88>
30000054: 03a0da01 moveq sp, #4096 ; 0x1000
30000058: 05810000 streq r0, [r1]
3000005c: e28f0004 add r0, pc, #4 ; 0x4
30000060: e2800001 add r0, r0, #1 ; 0x1
30000064: e12fff10 bx r0
30000068 <thumb_func>:
30000068: f94ef000 bl 30000308 <sdram_init>
3000006c: f9fef000 bl 3000046c <copy2sdram>
30000070: fa24f000 bl 300004bc <clean_bss>
/**下面的thumb指令占据2个字节**/
30000074: 4805 ldr r0, [pc, #20] (3000008c <.text+0x8c>)
30000076: 4687 mov pc, r0
30000078 <halt>:
30000078: e7fe b 30000078 <halt>
3000007a: 0000 lsl r0, r0, #0
3000007c: 0014 lsl r4, r2, #0
3000007e: 4c00 ldr r4, [pc, #0] (30000080 <.text+0x80>)
30000080: 0004 lsl r4, r0, #0
30000082: 4c00 ldr r4, [pc, #0] (30000084 <.text+0x84>)
30000084: c011 stmia r0!,{r0, r4}
30000086: 0005 lsl r5, r0, #0
30000088: 1000 asr r0, r0, #0
3000008a: 4000 and r0, r0
3000008c: 04fd lsl r5, r7, #19
3000008e: 3000 add r0, #0
如果你的flash很小的话可以考虑使用Thumb指令集
烧写进去看是否可以运行
测试结果没有任何问题
Thumb指令集后面没有任何作用，只是简单作为介绍
四、und异常模示程序示例
写一个程序故意让其发生未定义异常，让后处理这个异常
查看uboot中源码uboot\u-boot-1.1.6\cpu\arm920t
打开start.S
/*code: 28 -- 72*/
#include <config.h>
#include <version.h>
/*
*************************************************************************
*
* Jump vector table as in table 3.1 in [1]
*
*************************************************************************
*/
#define GSTATUS2 (0x560000B4)
#define GSTATUS3 (0x560000B8)
#define GSTATUS4 (0x560000BC)
#define REFRESH(0x48000024)
#define MISCCR (0x56000080)
#define LOCKTIME 0x4C000000 /* R/W, PLL lock time count register */
#define MPLLCON 0x4C000004 /* R/W, MPLL configuration register */
#define UPLLCON 0x4C000008 /* R/W, UPLL configuration register */
#define CLKCON 0x4C00000C /* R/W, Clock generator control reg. */
#define CLKSLOW 0x4C000010 /* R/W, Slow clock control register */
#define CLKDIVN 0x4C000014 /* R/W, Clock divider control */
/******下面这些就是异常向量表*****/
.globl _start
_start: b reset
ldr pc, _undefined_instruction
ldr pc, _software_interrupt
ldr pc, _prefetch_abort
ldr pc, _data_abort
ldr pc, _not_used
ldr pc, _irq
ldr pc, _fiq
_undefined_instruction: .word undefined_instruction
_software_interrupt: .word software_interrupt
_prefetch_abort: .word prefetch_abort
_data_abort: .word data_abort
_not_used: .word not_used
_irq: .word irq
_fiq: .word fiq
.balignl 16,0xdeadbeef
接下来我们写程序
.text
.global _start
_start:
b reset /* vector 0 : reset */ //一上电复位，是从0地址开始执行，跳到reset处
b do_und /* vector 4 : und */ //如果发生未定义指令异常，就会跳到0x04地址未定义指令异常处，执行do_und程序
/*假设一上电从0地址开始执行，reset，做一系列初始化之后
*故意加入一条未定义指令
und_code:
.word 0xdeadc0de /* 未定义指令 */
当CPU发现无法执行此条指令时，就会发生未定义指令异常，就会执行do_und
bl print2，
*/
do_und:
/* 执行到这里之前:
* 1. lr_und保存有被中断模式中的下一条即将执行的指令的地址
* 2. SPSR_und保存有被中断模式的CPSR
* 3. CPSR中的M4-M0被设置为11011, 进入到und模式
* 4. 跳到0x4的地方执行程序
*/
//需要从新设置sp栈，指向某一块没有使用的地址
/* sp_und未设置, 先设置它 */
ldr sp, =0x34000000
/* 在und异常处理函数中有可能会修改r0-r12, 所以先保存 */
/* 发生异常时，当前被中断的地址会保存在lr寄存器中 先减后存*/
/* lr是异常处理完后的返回地址, 也要保存 */
stmdb sp!, {r0-r12, lr}
/* 保存现场 */
/* 处理und异常 */
mrs r0, cpsr//把cpsr的值读入r0
ldr r1, =und_string//把下面的字符串地址赋值给r1
bl printException
/* 这些寄存器保存在栈中，把他读取出来就可以了*/
/* 恢复现场 */
/* 先读后加*/
/* 把r0 ~ r12的值从栈中都取出来，并且把原来保存的lr值，赋值到pc中去*/
ldmia sp!, {r0-r12, pc}^ /* ^会把spsr的值恢复到cpsr里 */
/*
*如何定义字符串，可以百度搜索 arm-linux-gcc 汇编 定义字符串
*
*官方的说明文档
*http://web.mit.edu/gnu/doc/html/as_7.html
.string "str"
Copy the characters in str to the object file. You may specify more than one string to copy, separated by commas. Unless otherwise specified for a particular machine, the assembler marks the end of each string with a 0 byte. You can use any of the escape sequences described in section Strings.
我们使用.str会自动加上结束符
*/
und_string:
.string "undefined instruction exception"
reset:
/* 关闭看门狗 */
ldr r0, =0x53000000
ldr r1, =0
str r1, [r0]
/* 设置MPLL, FCLK : HCLK : PCLK = 400m : 100m : 50m */
/* LOCKTIME(0x4C000000) = 0xFFFFFFFF */
ldr r0, =0x4C000000
ldr r1, =0xFFFFFFFF
str r1, [r0]
/* CLKDIVN(0x4C000014) = 0X5, tFCLK:tHCLK:tPCLK = 1:4:8 */
ldr r0, =0x4C000014
ldr r1, =0x5
str r1, [r0]
/* 设置CPU工作于异步模式 */
mrc p15,0,r0,c1,c0,0
orr r0,r0,#0xc0000000 //R1_nF:OR:R1_iA
mcr p15,0,r0,c1,c0,0
/* 设置MPLLCON(0x4C000004) = (92<<12)|(1<<4)|(1<<0)
* m = MDIV+8 = 92+8=100
* p = PDIV+2 = 1+2 = 3
* s = SDIV = 1
* FCLK = 2*m*Fin/(p*2^s) = 2*100*12/(3*2^1)=400M
*/
ldr r0, =0x4C000004
ldr r1, =(92<<12)|(1<<4)|(1<<0)
str r1, [r0]
/* 一旦设置PLL, 就会锁定lock time直到PLL输出稳定
* 然后CPU工作于新的频率FCLK
*/
/* 设置内存: sp 栈 */
/* 分辨是nor/nand启动
* 写0到0地址, 再读出来
* 如果得到0, 表示0地址上的内容被修改了, 它对应ram, 这就是nand启动
* 否则就是nor启动
*/
mov r1, #0
ldr r0, [r1] /* 读出原来的值备份 */
str r1, [r1] /* 0->[0] */
ldr r2, [r1] /* r2=[0] */
cmp r1, r2 /* r1==r2? 如果相等表示是NAND启动 */
ldr sp, =0x40000000+4096 /* 先假设是nor启动 */
moveq sp, #4096 /* nand启动 */
streq r0, [r1] /* 恢复原来的值 */
bl sdram_init
//bl sdram_init2 /* 用到有初始值的数组, 不是位置无关码 */
/* 重定位text, rodata, data段整个程序 */
bl copy2sdram
/* 清除BSS段 */
bl clean_bss
bl uart0_init
bl print1
/* 故意加入一条未定义指令 */
und_code:
.word 0xff123456 /* 未定义指令 */
bl print2
//bl main /* 使用BL命令相对跳转, 程序仍然在NOR/sram执行 */
ldr pc, =main /* 绝对跳转, 跳到SDRAM */
halt:
b halt
如何处理这个异常呢？
直接print打印一句话，新建一个exception.c文件
#include "uart.h"
void printException(unsigned int cpsr, char *str) //cpsr打印相应的寄存器，str打印一个字符串
{
puts("Exception! cpsr = ");\\打印cpsr
printHex(cpsr);//输出cpsr的值
puts(" ");//输出空格
puts(str);//输出str值
puts("\n\r");//回车，换行
}
我们打开之前编译过的程序的反汇编文件
里面一定包含了保存恢复
30000084 <delay>:
30000084: e1a0c00d mov ip, sp
30000088: e92dd800 stmdb sp!, {fp, ip, lr, pc} //保存 d是减 b是存
3000008c: e24cb004 sub fp, ip, #4 ; 0x4
30000090: e24dd004 sub sp, sp, #4 ; 0x4
30000094: e50b0010 str r0, [fp, #-16]
30000098: e51b3010 ldr r3, [fp, #-16]
3000009c: e2433001 sub r3, r3, #1 ; 0x1
300000a0: e50b3010 str r3, [fp, #-16]
300000a4: e51b3010 ldr r3, [fp, #-16]
300000a8: e3730001 cmn r3, #1 ; 0x1
300000ac: 0a000000 beq 300000b4 <delay+0x30>
300000b0: eafffff8 b 30000098 <delay+0x14>
300000b4: e89da808 ldmia sp, {r3, fp, sp, pc}//恢复，先读后加
上传编译
修改makefile添加文件
all: start.o led.o uart.o init.o main.o exception.o
#arm-linux-ld -Ttext 0 -Tdata 0x30000000 start.o led.o uart.o init.o main.o -o sdram.elf
arm-linux-ld -T sdram.lds $^ -o sdram.elf
#用$ ^来包含所有的依赖
arm-linux-objcopy -O binary -S sdram.elf sdram.bin
arm-linux-objdump -D sdram.elf > sdram.dis
clean:
rm *.bin *.o *.elf *.dis
%.o : %.c
arm-linux-gcc -c -o $@ $<
%.o : %.S
arm-linux-gcc -c -o $@ $<
*.dis
编译成功烧写
没有输出我们想要的字符串
很多同学想学会如何调试程序
这里我们演示
sdram:
bl print1 //添加print1
/* 故意加入一条未定义指令 */
und_code:
.word 0xdeadc0de /* 未定义指令 */
bl print2 //添加print2,实现这两个函数，来打印
//bl main /* 使用BL命令相对跳转, 程序仍然在NOR/sram执行 */
ldr pc, =main /* 绝对跳转, 跳到SDRAM */
halt:
b halt
实现print1 print2这两个打印函数，在uart.c这个文件里
void print1(void)
{
puts("abc\n\r");
}
void print2(void)
{
puts("123\n\r");
}
上传代码烧写，发现print1、print2并未执行成功
发现在start.S并未初始化 uart0_init()，删除main.c中的uart0_init()初始化函数
ldr pc, =sdram
sdram:
bl uart0_init
bl print1
/* 故意加入一条未定义指令 */
und_code:
.word 0xff123456 /* 未定义指令 */
bl print2
//bl main /* 使用BL命令相对跳转, 程序仍然在NOR/sram执行 */
ldr pc, =main /* 绝对跳转, 跳到SDRAM */
halt:
b halt
加上uart0_init，再次编译烧写
程序正常运行，print1 print2全部打印，表明未定义指令并未运行，难道这个地址是一个已经定义的地址
发现竟然是SWI指令，CPU可以识别出来，他不是一条未定义指令
我们得找到一条CPU不能识别的指令,定义为0x03000000
ldr pc, =sdram
sdram:
bl uart0_init
bl print1
/* 故意加入一条未定义指令 */
und_code:
.word 0x03000000 /* 未定义指令 */
bl print2
//bl main /* 使用BL命令相对跳转, 程序仍然在NOR/sram执行 */
ldr pc, =main /* 绝对跳转, 跳到SDRAM */
halt:
b halt
编译烧写执行
打印了未定义指令异常CPSR地址,打印了字符串，最后执行main函数
.word 0xdeadcode /* 也是一条未定义指令 只要指令地址对不上上表就是未定义指令*/
我们查看下cpsr是否处于未定义模式
bit[4:0]表示CPU模式 11011，果然处于und模式
我们看看这个程序做了什么事情
.text
.global _start
/*一上电复位，从0地址开始执行
跳到 reset:
做了一系列初始化
当执行到0xdeadc0de这条指令时候，CPU根本就不知道这条指令什么意思
und_code:
.word 0xdeadc0de /* 未定义指令 */
bl print2
让后就发生未定义指令异常，他会把下一条指令的地址保存到异常模式的LR寄存器
/* 执行到这里之前已经发生了很多事情
* 1. lr_und保存有被中断模式中的下一条即将执行的指令的地址
* 2. SPSR_und保存有被中断模式的CPSR
* 3. CPSR中的M4-M0被设置为11011, 进入到und模式
* 4. 跳到0x4的地方执行程序
*
* 设置栈 sp是指und的地址
* sp_und未设置, 先设置它
* /* 在und异常处理函数中有可能会修改r0-r12, 所以先保存 */
* lr是异常处理完后的返回地址, 也要保存 */
* 保存现场 */
* 处理und异常 */
* 恢复sp
* cpu就会切换到之前的模式
*/
*/
.text
.global _start
_start:
b reset /* vector 0 : reset */
b do_und /* vector 4 : und */
und_addr:
.word do_und
do_und:
/* 执行到这里之前:
* 1. lr_und保存有被中断模式中的下一条即将执行的指令的地址
* 2. SPSR_und保存有被中断模式的CPSR
* 3. CPSR中的M4-M0被设置为11011, 进入到und模式
* 4. 跳到0x4的地方执行程序
*/
/* sp_und未设置, 先设置它 */
ldr sp, =0x34000000
/* 在und异常处理函数中有可能会修改r0-r12, 所以先保存 */
/* lr是异常处理完后的返回地址, 也要保存 */
stmdb sp!, {r0-r12, lr}
/* 保存现场 */
/* 处理und异常 */
mrs r0, cpsr
ldr r1, =und_string
bl printException
/* 恢复现场 */
ldmia sp!, {r0-r12, pc}^ /* ^会把spsr的值恢复到cpsr里 */
und_string:
.string "undefined instruction exception"
程序改进
源程序
.text
.global _start
_start:
b reset /* vector 0 : reset */
/*使用b命令跳转 相对跳转*/
b do_und /* vector 4 : und */
do_und:
/* 执行到这里之前:
* 1. lr_und保存有被中断模式中的下一条即将执行的指令的地址
* 2. SPSR_und保存有被中断模式的CPSR
* 3. CPSR中的M4-M0被设置为11011, 进入到und模式
* 4. 跳到0x4的地方执行程序
*/
/* sp_und未设置, 先设置它 */
ldr sp, =0x34000000
/* 在und异常处理函数中有可能会修改r0-r12, 所以先保存 */
/* lr是异常处理完后的返回地址, 也要保存 */
stmdb sp!, {r0-r12, lr}
/* 保存现场 */
/* 处理und异常 */
mrs r0, cpsr
ldr r1, =und_string
/*这里又使用bl指令跳转，如果是nand启动，这个函数在4k之外，这个函数必定出错 为了保险，跳转到sdram中执行程序*/
bl printException
/* 恢复现场 */
ldmia sp!, {r0-r12, pc}^ /* ^会把spsr的值恢复到cpsr里 */
und_string:
.string "undefined instruction exception"
reset:
/* 关闭看门狗 */
ldr r0, =0x53000000
ldr r1, =0
str r1, [r0]
/* 设置MPLL, FCLK : HCLK : PCLK = 400m : 100m : 50m */
/* LOCKTIME(0x4C000000) = 0xFFFFFFFF */
ldr r0, =0x4C000000
ldr r1, =0xFFFFFFFF
str r1, [r0]
/* CLKDIVN(0x4C000014) = 0X5, tFCLK:tHCLK:tPCLK = 1:4:8 */
ldr r0, =0x4C000014
ldr r1, =0x5
str r1, [r0]
/* 设置CPU工作于异步模式 */
mrc p15,0,r0,c1,c0,0
orr r0,r0,#0xc0000000 //R1_nF:OR:R1_iA
mcr p15,0,r0,c1,c0,0
/* 设置MPLLCON(0x4C000004) = (92<<12)|(1<<4)|(1<<0)
* m = MDIV+8 = 92+8=100
* p = PDIV+2 = 1+2 = 3
* s = SDIV = 1
* FCLK = 2*m*Fin/(p*2^s) = 2*100*12/(3*2^1)=400M
*/
ldr r0, =0x4C000004
ldr r1, =(92<<12)|(1<<4)|(1<<0)
str r1, [r0]
/* 一旦设置PLL, 就会锁定lock time直到PLL输出稳定
* 然后CPU工作于新的频率FCLK
*/
/* 设置内存: sp 栈 */
/* 分辨是nor/nand启动
* 写0到0地址, 再读出来
* 如果得到0, 表示0地址上的内容被修改了, 它对应ram, 这就是nand启动
* 否则就是nor启动
*/
mov r1, #0
ldr r0, [r1] /* 读出原来的值备份 */
str r1, [r1] /* 0->[0] */
ldr r2, [r1] /* r2=[0] */
cmp r1, r2 /* r1==r2? 如果相等表示是NAND启动 */
ldr sp, =0x40000000+4096 /* 先假设是nor启动 */
moveq sp, #4096 /* nand启动 */
streq r0, [r1] /* 恢复原来的值 */
bl sdram_init
//bl sdram_init2 /* 用到有初始值的数组, 不是位置无关码 */
/* 重定位text, rodata, data段整个程序 */
bl copy2sdram
/* 清除BSS段 */
bl clean_bss
bl uart0_init
bl print1
/* 故意加入一条未定义指令 */
und_code:
.word 0xdeadc0de /* 未定义指令 */
bl print2
//bl main /* 使用BL命令相对跳转, 程序仍然在NOR/sram执行 */
ldr pc, =main /* 绝对跳转, 跳到SDRAM */
halt:
b halt
改进后代码
.text
.global _start
_start:
b reset /* vector 0 : reset */
/*跳转到sdram执行这个函数，那么这个函数一定在sdram中
我们需要指定让他去前面这块内存去读这个值，担心如果这个文件很大，超过4Knand就没法去读这个文件*/
ldr pc, und_addr /* vector 4 : und */
/*增加如下 查看反汇编，在08的地址读让后跳到3c*/
und_addr:
.word do_und
do_und:
/* 执行到这里之前:
* 1. lr_und保存有被中断模式中的下一条即将执行的指令的地址
* 2. SPSR_und保存有被中断模式的CPSR
* 3. CPSR中的M4-M0被设置为11011, 进入到und模式
* 4. 跳到0x4的地方执行程序
*/
/* sp_und未设置, 先设置它 */
ldr sp, =0x34000000
/* 在und异常处理函数中有可能会修改r0-r12, 所以先保存 */
/* lr是异常处理完后的返回地址, 也要保存 */
stmdb sp!, {r0-r12, lr}
/* 保存现场 */
/* 处理und异常 */
mrs r0, cpsr
ldr r1, =und_string
bl printException
/* 恢复现场 */
ldmia sp!, {r0-r12, pc}^ /* ^会把spsr的值恢复到cpsr里 */
und_string:
.string "undefined instruction exception"
/**如果你的程序长度稍有变化，就不能保证运行
加上 .align 4才能保证后面的程序以4字节对齐，保证程序运行
**/
.align 4
reset:
/* 关闭看门狗 */
ldr r0, =0x53000000
ldr r1, =0
str r1, [r0]
/* 设置MPLL, FCLK : HCLK : PCLK = 400m : 100m : 50m */
/* LOCKTIME(0x4C000000) = 0xFFFFFFFF */
ldr r0, =0x4C000000
ldr r1, =0xFFFFFFFF
str r1, [r0]
/* CLKDIVN(0x4C000014) = 0X5, tFCLK:tHCLK:tPCLK = 1:4:8 */
ldr r0, =0x4C000014
ldr r1, =0x5
str r1, [r0]
/* 设置CPU工作于异步模式 */
mrc p15,0,r0,c1,c0,0
orr r0,r0,#0xc0000000 //R1_nF:OR:R1_iA
mcr p15,0,r0,c1,c0,0
/* 设置MPLLCON(0x4C000004) = (92<<12)|(1<<4)|(1<<0)
* m = MDIV+8 = 92+8=100
* p = PDIV+2 = 1+2 = 3
* s = SDIV = 1
* FCLK = 2*m*Fin/(p*2^s) = 2*100*12/(3*2^1)=400M
*/
ldr r0, =0x4C000004
ldr r1, =(92<<12)|(1<<4)|(1<<0)
str r1, [r0]
/* 一旦设置PLL, 就会锁定lock time直到PLL输出稳定
* 然后CPU工作于新的频率FCLK
*/
/* 设置内存: sp 栈 */
/* 分辨是nor/nand启动
* 写0到0地址, 再读出来
* 如果得到0, 表示0地址上的内容被修改了, 它对应ram, 这就是nand启动
* 否则就是nor启动
*/
mov r1, #0
ldr r0, [r1] /* 读出原来的值备份 */
str r1, [r1] /* 0->[0] */
ldr r2, [r1] /* r2=[0] */
cmp r1, r2 /* r1==r2? 如果相等表示是NAND启动 */
ldr sp, =0x40000000+4096 /* 先假设是nor启动 */
moveq sp, #4096 /* nand启动 */
streq r0, [r1] /* 恢复原来的值 */
bl sdram_init
//bl sdram_init2 /* 用到有初始值的数组, 不是位置无关码 */
/* 重定位text, rodata, data段整个程序 */
bl copy2sdram
/* 清除BSS段 */
bl clean_bss
/*把链接地址赋值给pc 直接就跳转到sdram中*/
ldr pc, =sdram
sdram:
bl uart0_init
bl print1
/* 故意加入一条未定义指令 */
und_code:
.word 0xdeadc0de /* 未定义指令 */
bl print2
//bl main /* 使用BL命令相对跳转, 程序仍然在NOR/sram执行 */
ldr pc, =main /* 绝对跳转, 跳到SDRAM */
halt:
b halt
五、swi异常模示程序示例
swi的处理流程
swi软件中断:software interrupt
在ARMCPU有7中模式，除了用户模式以外，其他6种都是特权模式，这些特权模式可以直接修改CPSR进入其他模式
usr用户模式不能修改CPSR进入其他模式
Linux应用程序一般运行于用户模式
APP运行于usermode，(受限模式，不可访问硬件)
APP想访问硬件，必须切换模式，怎么切换？
发生异常3种模式
- 中断是一种异常
- und也是
- swi + 某个值(使用软中断切换模式)
现在start.S把要做的事情列出来
/*1
/* 复位之后, cpu处于svc模式
* 现在, 切换到usr模式
* 设置栈
* 跳转执行
*/
/*2 故意引入一条swi指令*/
/*3 需在_start这里放一条swi指令*/
/**5 先进入usr模式*/
mrs r0, cpsr /* 读出cpsr 读到r0 */
/使用bic命令 bitclean 把低4位清零/
bic r0, r0, #0xf /* 修改M4-M0为0b10000, 进入usr模式 */
msr cpsr, r0
/*6 设置栈*/
/* 设置 sp_usr */
ldr sp, =0x33f00000
编译运行
发现可以处理und指令
添加 swi异常，仿照未定义指令做
.text
.global _start
_start:
b reset /* vector 0 : reset */
ldr pc, und_addr /* vector 4 : und */
/*1 添加swi指令*/
ldr pc, swi_addr /* vector 8 : swi */
und_addr:
.word do_und
/*2 仿照und未定义添加指令*/
swi_addr:
.word do_swi
do_und:
/* 执行到这里之前:
* 1. lr_und保存有被中断模式中的下一条即将执行的指令的地址
* 2. SPSR_und保存有被中断模式的CPSR
* 3. CPSR中的M4-M0被设置为11011, 进入到und模式
* 4. 跳到0x4的地方执行程序
*/
/* sp_und未设置, 先设置它 */
ldr sp, =0x34000000
/* 在und异常处理函数中有可能会修改r0-r12, 所以先保存 */
/* lr是异常处理完后的返回地址, 也要保存 */
stmdb sp!, {r0-r12, lr}
/* 保存现场 */
/* 处理und异常 */
mrs r0, cpsr
ldr r1, =und_string
bl printException
/* 恢复现场 */
ldmia sp!, {r0-r12, pc}^ /* ^会把spsr的值恢复到cpsr里 */
und_string:
.string "undefined instruction exception"
/*3 复制do_und修改为swi */
do_swi:
/* 执行到这里之前:
* 3.1. lr_svc保存有被中断模式中的下一条即将执行的指令的地址
* 3.2. SPSR_svc保存有被中断模式的CPSR
* 3.3. CPSR中的M4-M0被设置为10011, 进入到svc模式
* 3.4. 跳到0x08的地方执行程序
*/
/* 3.5 sp_svc未设置, 先设置它 */
ldr sp, =0x33e00000
/* 3.6 在swi异常处理函数中有可能会修改r0-r12, 所以先保存 */
/* 3.7 lr是异常处理完后的返回地址, 也要保存 */
stmdb sp!, {r0-r12, lr}
/* 3.8 保存现场 */
/* 3.9 处理swi异常 只是打印 */
mrs r0, cpsr
ldr r1, =swi_string
bl printException
/*3.10 恢复现场 */
ldmia sp!, {r0-r12, pc}^ /* ^会把spsr的值恢复到cpsr里 */
/*swi处理函数*/
swi_string:
.string "swi exception"
上传代码实验
烧写 发现没有执行
先把下面这些代码注释掉
/*3 复制do_und 修改为swi */
/* 执行到这里之前:
* 3.1. lr_svc保存有被中断模式中的下一条即将执行的指令的地址
* 3.2. SPSR_svc保存有被中断模式的CPSR
* 3.3. CPSR中的M4-M0被设置为10011, 进入到svc模式
* 3.4. 跳到0x08的地方执行程序
*/
/* 3.5 sp_svc未设置, 先设置它 */
ldr sp, =0x33e00000
/* 3.6 在swi异常处理函数中有可能会修改r0-r12, 所以先保存 */
/* 3.7 lr是异常处理完后的返回地址, 也要保存 */
stmdb sp!, {r0-r12, lr}
/* 3.8 保存现场 */
/* 3.9 处理swi异常 只是打印 */
mrs r0, cpsr
ldr r1, =swi_string
bl printException
/*3.10 恢复现场 */
ldmia sp!, {r0-r12, pc}^ /* ^会把spsr的值恢复到cpsr里 */
/* swi处理函数 */
swi_string:
.string "swi exception"
上传编译
烧写执行 可以正常运行
循环打印
swi 0x123 /* 执行此命令, 触发SWI异常, 进入0x8执行 /
执行后继续执行
ldr pc, swi_addr / vector 8 : swi */
表明问题出现在 do_swi:函数中
先把下面这句话注释掉
.string "swi exception"
编译烧写运行
程序可以正常运行
显然程序问题出现在.string "swi exception" 这句话，为什么加上这句话程序就无法执行，查看一下反汇编：
30000064 <swi_string>: //这里地址是64
30000064: 20697773 rsbcs r7, r9, r3, ror r7
30000068: 65637865 strvsb r7, [r3, #-2149]!
3000007c: 6f697470 swivs 0x00697470
30000070: 0000006e andeq r0, r0, lr, rrx
30000082 <reset>: //我们使用的是ARM指令集，应该是4字节对齐，发现这里并不是，问题就在这里
30000082: e3a00453 mov r0, #1392508928 ; 0x53000000
30000086: e3a01000 mov r1, #0 ; 0x0
3000008a: e5801000 str r1, [r0]
3000008e: e3a00313 mov r0, #1275068416 ; 0x4c000000
30000092: e3e01000 mvn r1, #0 ; 0x0
因为这个字符串长度有问题
前面und_string 那里的字符串长度刚刚好
我们不能把问题放在运气上面
添加：
/*******
以4字节对齐
*/
.align 4
do_swi:
/* 执行到这里之前:
* 3.1. lr_svc保存有被中断模式中的下一条即将执行的指令的地址
* 3.2. SPSR_svc保存有被中断模式的CPSR
* 3.3. CPSR中的M4-M0被设置为10011, 进入到svc模式
* 3.4. 跳到0x08的地方执行程序
*/
/* 3.5 sp_svc未设置, 先设置它 */
ldr sp, =0x33e00000
/* 3.6 在swi异常处理函数中有可能会修改r0-r12, 所以先保存 */
/* 3.7 lr是异常处理完后的返回地址, 也要保存 */
stmdb sp!, {r0-r12, lr}
/* 3.8 保存现场 */
/* 3.9 处理swi异常 只是打印 */
mrs r0, cpsr
ldr r1, =swi_string
bl printException
/*3.10 恢复现场 */
ldmia sp!, {r0-r12, pc}^ /* ^会把spsr的值恢复到cpsr里 */
/*****
swi处理函数
*/
swi_string:
.string "swi exception"
.align 4
/**************
表明下面的标号要放在4字节对齐的地方
*/
上传代码编译运行查看反汇编：
30000068 <swi_string>:
30000068: 20697773 rsbcs r7, r9, r3, ror r7
3000006c: 65637865 strvsb r7, [r3, #-2149]!
30000070: 6f697470 swivs 0x00697470
30000074: 0000006e andeq r0, r0, lr, rrx
...
30000080 <reset>: //现在reset放在4自己对齐的地方
30000080: e3a00453 mov r0, #1392508928 ; 0x53000000
30000084: e3a01000 mov r1, #0 ; 0x0
30000088: e5801000 str r1, [r0]
3000008c: e3a00313 mov r0, #1275068416 ; 0x4c000000
30000090: e3e01000 mvn r1, #0 ; 0x0
30000094: e5801000 str r1, [r0]
30000098: e59f0084 ldr r0, [pc, #132] ; 30000124 <.text+0x124>
3000009c: e3a01005 mov r1, #5 ; 0x5
300000a0: e5801000 str r1, [r0]
300000a4: ee110f10 mrc 15, 0, r0, cr1, cr0, {0}
300000a8: e3700103 orr r0, r0, #-1073741824 ; 0xc0000000
300000ac: ee010f10 mcr 15, 0, r0, cr1, cr0, {0}
300000b0: e59f0070 ldr r0, [pc, #112] ; 30000128 <.text+0x128>
300000b4: e59f1070 ldr r1, [pc, #112] ; 3000012c <.text+0x12c>
300000b8: e5801000 str r1, [r0]
300000bc: e3a01000 mov r1, #0 ; 0x0
300000c0: e5910000 ldr r0, [r1]
下载烧写
程序执行完全没有问题
程序备份修改代码
swi可以根据应用程序传入的val来判断为什么调用swi指令，我们的异常处理函数能不能把这个val值读出来
do_swi:
/* 执行到这里之前:
* 1. lr_svc保存有被中断模式中的下一条即将执行的指令的地址
* 2. SPSR_svc保存有被中断模式的CPSR
* 3. CPSR中的M4-M0被设置为10011, 进入到svc模式
* 4. 跳到0x08的地方执行程序
*/
/* sp_svc未设置, 先设置它 */
ldr sp, =0x33e00000
/* 保存现场 */
/* 在swi异常处理函数中有可能会修改r0-r12, 所以先保存 */
/* lr是异常处理完后的返回地址, 也要保存 */
stmdb sp!, {r0-r12, lr}
我们要把lr拿出来保存
因为bl printException会破坏lr
mov rX， lr
把lr保存在那个寄存器？
这个函数 bl printException 可能会修改某些寄存器，但是又会恢复这些寄存器，我得知道他会保护那些寄存器
ATPCS规则
对于 r4 ~ r11在C函数里他都会保存这几个寄存器，如果用到的话就把他保存起来，执行完C函数再把它释放掉
我们把lr 保存在r4寄存器里，r4寄存器不会被C语言破坏
mov r4, lr
/* 处理swi异常 */
mrs r0, cpsr
ldr r1, =swi_string
bl printException
跳转到printSWIVal
如何才能知道swi的值呢？
我们得读出swi 0x123指令，这条指令保存在内存中，我们得找到他的内存地址
执行完0x123指令以后，会发生一次异常，那个异常模式里的lr寄存器会保存下一条指令的地址
我们把lr寄存器的地址减去4就是swi 0x123这条指令的地址
我再把r4的寄存器赋给r0让后打印
我们得写出打印函数
mov r0, r4
指令地址减4才可以
swi 0x123
下一条指令bl main 减4就是指令本身
sub r0, r4, #4
bl printSWIVal
/* 恢复现场 */
ldmia sp!, {r0-r12, pc}^ /* ^会把spsr的值恢复到cpsr里 */
swi_string:
.string "swi exception"
在uart.c添加printSWIVal打印函数
void printSWIVal(unsigned int *pSWI)
{
puts("SWI val = ");
printHEx(*pSWI & ~0xff000000); //高8位忽略掉
puts("\n\r");
}
再来看看这个程序是怎么跳转的
/*1
发生swi异常，他是在sdram中，CPU就会跳到0x8的地方
swi 0x123 /* 执行此命令, 触发SWI异常, 进入0x8执行 */
*/
/* 2
_start:
b reset /* vector 0 : reset */
ldr pc, und_addr /* vector 4 : und */
执行这条读内存指令
ldr pc, swi_addr /* vector 8 : swi */
读到swi_addr地址跳转到sdram执行代码 do_swi那段代码
swi_addr:
.word do_swi
*/
/* 3
这段代码被设置栈保存现场 调用处理函数恢复现场，让后就会跳到sdram执行 swi 0x123的下一条指令
do_swi:
/* 执行到这里之前:
* 1. lr_svc保存有被中断模式中的下一条即将执行的指令的地址
* 2. SPSR_svc保存有被中断模式的CPSR
* 3. CPSR中的M4-M0被设置为10011, 进入到svc模式
* 4. 跳到0x08的地方执行程序
*/
/* sp_svc未设置, 先设置它 */
ldr sp, =0x33e00000
/* 保存现场 */
/* 在swi异常处理函数中有可能会修改r0-r12, 所以先保存 */
/* lr是异常处理完后的返回地址, 也要保存 */
stmdb sp!, {r0-r12, lr}
mov r4, lr
/* 处理swi异常 */
mrs r0, cpsr
ldr r1, =swi_string
bl printException
sub r0, r4, #4
bl printSWIVal
/* 恢复现场 */
ldmia sp!, {r0-r12, pc}^ /* ^会把spsr的值恢复到cpsr里 */
swi_string:
.string "swi exception"
*/
六、按键中断程序示例_概述与初始
在前面的视频里我们举了一个例子，母亲看书被声音打断，远处的声音来源有多种多样，声音传入耳朵，再由耳朵传入大脑，整个过程涉及声音来源耳朵大脑，为了确保这个母亲看书的过程能够被声音打断，我们必须保证声音来源可以发出声音，耳朵没有聋，脑袋没有傻。
类比嵌入式系统我们可以设置中断源，让他发出中断信号，还需要设置中断控制器，让他把这些信号发送给CPU，还需要设置CPU让他能够处理中断。
中断的处理流程：
1 中断初始化：
:: 1.1 我们需要设置中断源，让它能够发出中断喜好
:: 1.2 设置中断控制器，让它能发出中断给CPU
:: 1.3 设置CPU，CPSR有I位，是总开关
:: 我们需要这样设置，中断源才能发送给CPU2处理完要清中断
3处理时，要分辨中断源，对于不同的中断源要执行不同的处理函数
下面开始写代码
打开start.S 先做初始化工作，先做第 3 设置CPU，CPSR有I位，是总开关
/* 清除BSS段 */
bl clean_bss
/* 复位之后, cpu处于svc模式
* 现在, 切换到usr模式
*/
mrs r0, cpsr /* 读出cpsr */
bic r0, r0, #0xf /* 修改M4-M0为0b10000, 进入usr模式 */
/*1
把bit7这一位清零
*/
bic r0, r0, #(1<<7) /* 清除I位, 使能中断 */
msr cpsr, r0
/* 设置 sp_usr */
ldr sp, =0x33f00000
ldr pc, =sdram
sdram:
bl uart0_init
bl print1
/* 故意加入一条未定义指令 */
und_code:
.word 0xdeadc0de /* 未定义指令 */
bl print2
swi 0x123 /* 执行此命令, 触发SWI异常, 进入0x8执行 */
/*2 调用两个中断 */
bl interrupt_init /*初始化中断控制器*/
bl eint_init /*初始化按键，设为中断源*/
/*需要初始化上面这两个函数*/
//bl main /* 使用BL命令相对跳转, 程序仍然在NOR/sram执行 */
ldr pc, =main /* 绝对跳转, 跳到SDRAM */
halt:
b halt
图片来源于白问网
我们想达到按下按键灯亮松开按键灯灭，把下面四个按键全部配置为外部中断按键
打开芯片手册找到第九章 IO ports，直接搜索“'EINT0号中断和EINT2号中断”'，找配置寄存器 GPFCON
为了简单操作
/* 初始化按键, 设为中断源 */
void key_eint_init(void)
{
/*1 配置GPIO为中断引脚 */
//先把eint0和eint2这两个引脚清零
GPFCON &= ~((3<<0) | (3<<4));
GPFCON |= ((2<<0) | (2<<4)); /* S2,S3被配置为中断引脚 */
GPGCON &= ~((3<<6) | (3<<11));
GPGCON |= ((2<<6) | (2<<11)); /* S4,S5被配置为中断引脚 */
2 设置中断触发方式: (按下松开，从低电源变为高电源，或者从)双边沿触发
设置<code>EINT0 EINT2</code>为双边沿触发
EXTINT0 |= (7<<0) | (7<<8); /* S2,S3 */
EXTINT1 |= (7<<12); /* S4 /
设置EINT19为双边沿触发
我们需要设置这个寄存器
把EINT11设置为0 把EINT19设置为0对于EINT0 和EINT2显示为保留，默认时使能的，可以直接发送给中断控制器，无需设置
EINTMASK &= ~((1<<11) | (1<<19));
读EINTPEND分辨率哪个EINT产生(eint4~23)(并且要清除它)
清除中断时, 写EINTPEND的相应位
我们接下来需要阅读'第14章 Interrupt Controller章节设置中断控制器我们只需要按照下面这张流程图设置就可以了
