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協(xié)處理器及其他指令之:異常產(chǎn)生指令

2013/09/13
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9.5? 異常產(chǎn)生指令

ARM指令集中提供了兩條產(chǎn)生異常的指令,通過這兩條指令可以用軟件的方法實現(xiàn)異常。表9.4總結了ARM異常產(chǎn)生指令。

表9.4?? RM異常產(chǎn)生指令

助? 記? 符

含??? 義

操??? 作

SWI

軟中斷指令

產(chǎn)生軟中斷,處理器進入管理模式

BKPT

斷點中斷指令

處理器產(chǎn)生軟件斷點

9.5.1? 軟中斷指令SWI

1.指令編碼格式

軟件中斷指令SWI(Software Interrupt)用于產(chǎn)生軟中斷,從而實現(xiàn)從用戶模式變換到管理模式,CPSR保存到管理模式的SPSR中,執(zhí)行轉移到SWI向量,在其他模式下也可以使用SWI指令,處理器同樣切換到管理模式。

指令的編碼格式如圖9.12所示。

圖9.12? SWI指令編碼格式

2.指令的語法格式

SWI{<cond>}?? <immed_24>

① <cond>

為指令編碼中的條件域。它指示指令在什么條件下執(zhí)行。當<cond>忽略時,指令為無條件執(zhí)行(cond=AL(Alway))。

② <immed_24>

指定一個24位立即數(shù)。ARM處理器不對該立即數(shù)進行任何處理,其作用是提供給操作系統(tǒng),從而判斷用戶程序請求的服務類型。

3.指令操作的偽代碼

指令操作的偽代碼如下面程序段所示。

If? ConditionPassed{cond}? then

???? R14_svc = address of next instruction after the SWI instruction

???? SPSR_svc = CPSR

???? CPSR[4:0] = 0b10011??? /*進入超級用戶模式*/

???? CPSR[5] = 0??? /*執(zhí)行在ARM狀態(tài)*/

???? CPSR[7] = 1

???? If? high? vectors configured then

????????? PC = 0xffff0008

???? Else

????????? PC = 0x00000000

4.指令舉例

(1)下面指令產(chǎn)生軟中斷,中斷立即數(shù)為0。

SWI?? 0;

(2)產(chǎn)生軟中斷,中斷立即數(shù)為0x123456。

SWI?? 0x123456;

(3)使用SWI指令時,通常使用以下兩種方法進行參數(shù)傳遞。

① 指令24位的立即數(shù)指定了用戶請求的類型,中斷服務程序的參數(shù)通過寄存器傳遞。

下面的程序產(chǎn)生一個中斷號為12的軟中斷。

MOV?? r0,#34????????????? ;設置功能號為34

SWI?? 12????????????????? ;產(chǎn)生軟中斷,中斷號為12

② 另一種情況,指令中的24位立即數(shù)被忽略,用戶請求的服務類型由寄存器r0的值決定,參數(shù)通過其他寄存器傳遞。

下面的例子通過r0傳遞中斷號,r1傳遞中斷的子功能號。

MOV?? r0,#12??????????????? ;設置12號軟中斷

MOV?? r1,#34??????????????? ;設置子功能號為34

SWI??? 0?????????????????????? ;

(4)在SWI異常中斷處理程序中,取出SWI立即數(shù)的步驟為:首先確定引起軟中斷的SWI指令是ARM指令還是Thumb指令,這可通過對SPSR訪問得到;然后要確定該SWI指令的地址,這可通過訪問LR寄存器得到;然后讀出指令,分解立即數(shù)。

下面的例子為一個標準的SWI中斷處理程序。

T_bit????? EQU????? 0x20

SWI_Hander

??????????? STMFD???? SP!,{r0_r3,r12,LR}??? ;保護現(xiàn)場

?????????? MOV?????? r1,sp?????????????? ;設置參數(shù)指針

??????????? MRS?????? r0,SPSR???????????? ;讀取SPSR

??????????? STMFD???? SP!,{r0,r3}????????? ;保持SPSR,r3壓棧保證字節(jié)對齊

??????????? TST?????? r0,#T_bit??????????? ;測試T標志位

??????????? LDRNEH??? r0,[LR,#-2]????????? ;若為Thumb指令,讀取指令碼(16位)

??????????? BICNE???? r0,r0,#0xff00???????? ;取得Thumb指令8位立即數(shù)

??????????? LDREQ???? r0,[LR,#-4]????????? ;若為ARM指令,讀取指令碼(32位)

??????????? BICNQ???? r0,r0,#0xff00000????? ;取得ARM指令的24位立即數(shù)

????? ????; r0 存儲中斷號

????? ????; r1 指向棧頂

? ???BL????? C_SWI_Handler???????????????? ;調用主要的中斷服務程序

?? ??LDMFD?? sp!, {r0, r3}??????????????? ;SPSR出棧

?? ??MSR???? spsr_cf, r0????????????????? ;恢復SPSR

?? ??LDMFD?? sp!, {r0-r3, r12, pc}^???????? ;保存寄存器并返回

?

中斷服務程序的主要工作放在C_SWI_Handler中,由C語言完成,用swich_case結構判斷中斷類型。典型的程序如下。

void C_SWI_Handler( int swi_num, int *regs )

{

? ????switch( swi_num )

?? ???{

??? ??case??? 0:

????? ??????regs[0] = regs[0] * regs[1];

? ????break;

??? ??case??? 1:

????? ??????regs[0] = regs[0] + regs[1];

??? ??break;

?? ???case??? 2:

????? ??????regs[0] = (regs[0] * regs[1]) + (regs[2] * regs[3]);

?? ???break;

?? ???case??? 3:

?? ???{

????? ??????int w, x, y, z;

?????? ?????w = regs[0];

???? ???????x = regs[1];

????? ??????y = regs[2];

?????? ?????z = regs[3];

?????? ?????regs[0] = w + x + y + z;

?????? ?????regs[1] = w - x - y - z;

????? ??????regs[2] = w * x * y * z;

????? ??????regs[3] =(w + x) * (y - z);

?? ???}

? ????break;

?? ???}

}

9.5.2? 斷點中斷指令BKPT

1.指令編碼格式

斷點中斷指令BKPT(BreakPoint)產(chǎn)生一個預取異常(prefetch abort),它常被用來設置軟件斷點,在調試程序時十分有用。當系統(tǒng)中存在調試硬件時,該指令被忽略。

指令的編碼格式如圖9.13所示。

圖9.13? BKPT指令編碼格式

2.指令的語法格式

BKPT??? <immediate>

<immediate>

16位的立即數(shù)。該立即數(shù)可以用來保存額外的斷點信息。

注意

16位立即數(shù)在指令的編碼格式中并不是連續(xù)存放的。前12位放在bits[19∶8],而后4位放在bits[3∶0]。

?

3.指令操作的偽代碼

指令操作的偽代碼如下面程序段所示。

If? (not overridden by debug hard)

?????? R14_abt = address of BKPT instruction + 4

?????? SPSR_abt = CPSR

?????? CPSR[4:0] = 0b10111?????????????? /*進入異常模式*/

?????? CPSR[5] = 0????????????????????? /*執(zhí)行在ARM狀態(tài)*/

?????? /*CPSR[6] is unchanged*/

?????? CPSR[7] = 1????????????????????? /*禁止正常中斷*/

?????? If? high vectors configured then

????????????? PC = 0x0000000c

4.指令的使用

要正確的使用BKPT指令,必須和具體的調試系統(tǒng)相結合。一般說來,BKPT有兩種使用方法。

(1)如果當前使用的系統(tǒng)調試硬件沒有屏蔽BKPT指令,那么在此系統(tǒng)中預取指令異常和軟件調試命令同時使用一個中斷向量。這樣當異常發(fā)生時,就要依靠系統(tǒng)自身來判斷是真正的預取異常還是軟件調試命令。判斷的方法,根據(jù)系統(tǒng)的不同,而有所不同。

(2)如果當前的系統(tǒng)調試硬件屏蔽了BKPT指令,那么系統(tǒng)會跳過BKPT指令順序執(zhí)行該指令下面的程序代碼。

注意

BKPT指令總是無條件執(zhí)行的,當指令的編碼格式中的條件域不被解析為AL時,指令的執(zhí)行結果不可預知。

Arm

Arm

ARM公司是一家知識產(chǎn)權(IP)供應商,主要為國際上其他的電子公司提供高性能RISC處理器、外設和系統(tǒng)芯片技術授權。目前,ARM公司的處理器內核已經(jīng)成為便攜通訊、手持計算設備、多媒體數(shù)字消費品等方案的RISC標準。公司1990年11月由Acorn、Apple和VLSI合并而成。

ARM公司是一家知識產(chǎn)權(IP)供應商,主要為國際上其他的電子公司提供高性能RISC處理器、外設和系統(tǒng)芯片技術授權。目前,ARM公司的處理器內核已經(jīng)成為便攜通訊、手持計算設備、多媒體數(shù)字消費品等方案的RISC標準。公司1990年11月由Acorn、Apple和VLSI合并而成。收起

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華清遠見(www.farsight.com.cn)是國內領先嵌入師培訓機構,2004年注冊于中國北京海淀高科技園區(qū),除北京總部外,上海、深圳、成都、南京、武漢、西安、廣州均有直營分公司。華清遠見除提供嵌入式相關的長期就業(yè)培訓、短期高端培訓、師資培訓及企業(yè)員工內訓等業(yè)務外,其下屬研發(fā)中心還負責嵌入式、Android及物聯(lián)網(wǎng)方向的教學實驗平臺的研發(fā)及培訓教材的出版,截止目前為止已公開出版70余本嵌入式/移動開發(fā)/物聯(lián)網(wǎng)相關圖書。企業(yè)理念:專業(yè)始于專注 卓識源于遠見。企業(yè)價值觀:做良心教育、做專業(yè)教育,更要做受人尊敬的職業(yè)教育。