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
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