ARM内核的中断技术

1 ARM7TDMI简介
ARM7TDMI是一款经典的通用32位微处理器，采用精简指令系统（RISC）和流水线结构。典型应用如GPS、PDA、双向寻呼机、移动电话、板卡间高速通信等。
ARM7TDMI定义有7种工作模式，本文涉及到的有：用户模式，程序正常运行时的模式；快中断模式，处理器响应快中断而进入的模式；中断模式，处理响应常规中断而进入的模式；监督模式，操作系统的保护模式。处理器响应软件中断时即进入监督模式。下面重点介绍ARM7TDMI的中断特性。主要特性如表1所列。

ARM7TDMI具有常规中断（IRQ）、快中断（FIQ）和软件中断（SoftWareInterrupt）三种中方式。常规中断和快中断都是硬件中断。
快中断是为支持数据传输或快速数据通道而设计的，为快速处理快中断。①快中断被设为最高中断优先级；②在快中断模式增设了7个私有工作寄存器，从而避免了由于主工作寄存器数据的保存和恢复而带来了额外开销；③快中断处理程序处于异常向量表的最后位置，因此可紧接异常向量表书写快中断处理程序，而不必进行程序跳转操作，避免了刷新指令流水线和高速缓存。
软件中断是一种由用户设置的同步中断，由程序指令产生，不像硬件中断那样由外部事件触发。软件中断允许运行在用户模式的程序进入监督模式，并运行监督态下的函数。在ARM7TDMI的硬件调试系统中，应用程序可利用软件中断来申请半自主（semihosting）式操作，例如，打开主机中的一个文件、向调试通道发送一个字符等等（这些操作必须依赖主机中C程序库才能运行，因此被称为半自主式的）。利用软件中断机制，可以直观和高效地仿真调试应用程序。另外，软件中断也可用于一般性的程序控制。
2 响应中断和中断返回
（1）当中断产生时，ARM7TDMI将执行的操作
①把当前程序状态寄存器（CPSR）的内容拷贝到相应的备份程序状态寄存器（SPSR）。当前工作模式、中断屏蔽位和状态标志被保存下来。
②转入相应的模式，并关闭常规中断。如响应快中断，则同时关闭快中断。
③把程序计数器（pc）的值减4后，存入相应的连接寄存器（1r）。
④将程序计数器指向相应的中断向量。
（2）由中断返回时，ARM7TDMI将完成的操作
①将备份程序状态寄存器的内容拷贝到当前程序状态寄存器，恢复中断前的状态。
②清除相应禁止中断位（如果已设置的话）。
③把连接寄存器的值拷贝到程序计数器，继续运行原程序。
（3）返回地址的计算
ARM7TDMI采用流水线结构：当一条指令被执行时，下一条指令正被译码，而第三条指令被从内存中取出。当程序计数器未更新的，pc指向从内存中取出的指令，（pc-4）指向当前指令的一条指令。
处理器响应软件中断时，由于软件中断由指令自身产生，程序计数器还没有更新，（pc-4）正好指向当前指令的下一条指令。因此，只要在中断处理程序最后加入MOVSpc,lr把连接寄存器的值赋给程序计数器即可。
ARM7TDMI总是在一条指令执行完毕后，才去检查是否有硬件中断信号和中断屏蔽状态。此时，程序计数器已经更新，（pc-4）指向当前指令的下两条指令。因此要先把连接寄存器的内容减去4（指向pc-8）后，再赋给程序计数器。要添加的代码是SUBSpc,lr #4