ARM 异常处理方式简单介绍

一、什么是异常

• 正常工作之外的流程都叫异常；

也就是说，除了用户模式和系统模式外，其他情况都是异常，见下图：

• 异常会打断正在执行的工作，并且一般我们希望异常处理完成后继续回来执行原来的工作；
• 中断是异常的一种；

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二、异常向量表

• 所有的 CPU 都有异常向量表，这是 CPU 设计时就设定好的，是硬件决定的；
• 当异常发生时，CPU 会自动动作（PC 跳转到异常向量处处理异常，有时伴有一些辅助动作）；
• 异常向量表是硬件向软件提供的处理异常的支持；

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三、ARM的异常处理机制

• 当异常产生时，需要切换用户模式到某个异常模式 mode，ARM core：

  • 拷贝用户模式的 CPSR 到 SPSR_< mode >
  • 此时，CPSR 寄存器被异常模式 mode 占用，设置适当的 CPSR 位：
    • 改变处理器状态进入 ARM 态
    • 改变处理器模式进入相应的异常模式
    • 设置中断禁止位禁止相应中断 (如果需要)
  • 保存返回地址到 LR_< mode >，用于当退出异常模式 mode 时，继续执行用户模式剩下的程序指令
  • 设置 PC 为相应的异常向量

• 返回时, 异常处理需要：

  • 从 SPSR_< mode > 恢复 CPSR，恢复用户模式下的 ARM 处理器的状态
  • 从 LR_< mode > 恢复 PC，继续执行用户模式剩下的程序指令
  • Note：这些操作只能在 ARM 态执行.

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归纳

1、

异常向量表中，Software Interrupt 是软件中断。发生软件中断的时候，CPU 就会跳转到此处去执行。

什么是软件中断？
一般中断都是硬件产生的，比如按下按钮，手指滑动触摸屏等等。

软件中断， 其实就是 CPU 中的一条汇编指令，只要执行这条汇编指令，就会产生一个软中断；这种软中断是靠程序员
写代码去产生的。软中断一般是用来实现系操作系统的系统调用的，比如：程序员调用 fopen 函数打开一个文件，fopen 函数就会去调用系统调用函数 open ，open 函数会触发软件中断，从而去调用操作系统内置的 open 相关的代码指令。

2、

由于 Thumb 状态是无法处理异常的，所以当异常的时候，需要确保 CPU 处于 ARM 状态，CPU 才能处理异常。
因此，当进入异常模式时，需要改变处理器状态进入 ARM 态。

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总结

• 异常处理中，有一些是硬件自动做的，有一些是程序员需要自己做的。需要搞清楚哪些是需要自己做的，才知道如何写代码。
• 以上说的是 CPU 设计时提供的异常向量表，一般称为一级向量表。有些 CPU 为了支持多个中断，还会提供二级中断向量表，处理思路类似于这里说的一级中断向量表。

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B站朱友鹏老师.