ARM中断实现过程的个人笔记

决定开始学习嵌入式后，最先做的事情就是要熟悉ARM指令及其伪指令伪操作。ARM指令的助记符其实都是其具体功能的单次缩写，所以学习的过程中最好利用网络，从一些文献或书籍中找到ARM指令助记符的全称，这样方便记忆。学完之后，我做了整理了一个有关这方面的笔记，有需要的朋友请邮件联系：gmman@163.com
 
    接下来的学习过程中，比较难以理解的是ARM的中断过程和存储系统。ARM中断的实现有些书上看一两遍也不见得能够完全理解，当然可能只对于像我一样跨专业的朋友来说存在这个问题。这次只谈中断。由于是初学者，难免会出错，敬请各位指正。
 
    当一个程序正常执行过程中，CPU可能检测到有某个中断源发出中断请求，这时ARM硬件实现了程序强制跳转，在这之前保存了相关信息，以便程序正常返回。如果是发生了Reset中断，程序实现系统初始化设置。
    开始比较难以理解的是中断产生后，程序都进行了哪些操作。我就从跟踪PC作为分析的主线。以发生FIQ中断为例。（只以ROM起始地址为0为例，不为0的情况参照存储地址映射）
    最简单的是中断发生后，PC＝0x08，在此地址处存放一个跳转指令，跳转到相关处理程序。当然多数情况中断处理程序可能比较复杂，并且要处理多种中断的情况下，采用一步映射两步跳转（我自己起的名字，不一定妥当）。如下图所示：
    
一步映射指，在RAM地址中建立一个中断向量表，图中该表起始地址为0x400000，在该表中存放的是中断处理函数的入口地址。两步跳转是指，当中断发生时，由于系统硬件强制程序跳转到了0x08处，在该地址处是一个跳转指令，跳转到中断函数地址解析程序IRQ_Handler，完成一步跳转。解析程序（IRQ_Handler）的作用无非是把中断向量表内中断处理函数（SystemIrqHandler）的入口地址赋值给 PC，如图所示PC＝0x003000280，完成第二步跳转，开始处理中断。在中断处理函数的最后，恢复中断开始时保存的相关寄存器的值，完成中断。
 
下面以一个实例来具体说明中断建立及实现的过程。
 
首先通过伪指令建立一个中断向量表，用于存放中断程序的入口地址（如上图中的中断向量表，注意，此时表中还未赋值）： 
;/* EXCEPTION HANDLER VECTOR TABLE */ 
 
^ DRAM_BASE 
HandleReset # 4 
HandleUndef # 4 
HandleSwi # 4 
HandlePrefetch # 4 
HandleAbort # 4 
HandleReserv # 4 
HandleIrq # 4 
HandleFiq # 4 
 
 
然后定义一个连续的数据段，并把中断处理函数的入口地址值赋给各字单元
ExceptionHandlerTable 
DCD UserCodeArea 
DCD SystemUndefinedHandler 
DCD SystemSwiHandler 
DCD SystemPrefetchHandler 
DCD SystemAbortHandler 
DCD SystemReserv 
DCD SystemIrqHandler 
DCD SystemFiqHandler 
 
 
下面从程序的开始处分析： 
AREA Init, CODE, READONLY 
ENTRY 
/* ROM起始地址向量表 */
B Reset_Handler 
B Undefined_Handler 
B SWI_Handler 
B Prefetch_Handler 
B Abort_Handler 
NOP Reserved vector 
B IRQ_Handler 
B FIQ_Handler 
/* B跳转范围限于+ -32M内*/
 
 
/* 以下是地址解析程序 */
IRQ_Handler 
SUB sp, sp, #4 
STMFD sp!, {r0} FD满递减堆栈 执行寄存器压栈操作. 
LDR r0, =HandleIrq  //对应程序开始处以伪指令定义的向量表
LDR r0, [r0]  //中断处理函数的地址赋给R0. 
STR r0, [sp, #4]  //中断处理函数的地址入栈 
LDMFD sp!, {r0, pc} //实现程序跳转，目前没明白为什么又给r0赋值？ 
 
 
上面提到了还没有给中断向量表赋值，下面代码把中断处理函数的地址放到DRAM中断向量表里
EXCEPTION_VECTOR_TABLE_SETUP 
LDR r0, =HandleReset 
LDR r1, =ExceptionHandlerTable 
MOV r2, #8 
ExceptLoop 
LDR r3, [r1], #4 
STR r3, [r0], #4 
SUBS r2, r2, #1 Down Count 
BNE ExceptLoop ；； 
 
 
下面是中断处理函数 
SystemIrqHandler 
IMPORT ISR_IrqHandler 
STMFD sp!, {r0-r7, lr} 
BL ISR_IrqHandler 
LDMFD sp!, {r0-r7, lr} 
SUBS pc, lr, #4 
 
它实际上只调用了下面的C语言的中断处理函数，其他什么也没做。 
void ISR_IrqHandler(void) 
{ 
IntOffSet = (U32)INTOFFSET; 
(IntOffSet>>2) 
(*InterruptHandlers[IntOffSet>>2])(); // Call interrupt service routine 
} 
 
以上编程思路是，先在系统初始化时重新建立一个中断向量表，并把相关的中断处理函数的地址放到中断向量表中。当系统监测到有中断源请求服务后，硬件实现pc跳转到地址0x08处，执行一个跳转指令B IRQ_Handler  ， 然后执行地址解析程序，把中断向量表中的中断处理函数的入口地址赋给pc，开始响应中断。在中断处理函数的最后，执行
LDMFD sp!, {r0-r7, lr} 
SUBS pc, lr, #4 
实现中断的返回。