2020年04月02日 | ARM各种异常返回地址的计算

2020-04-02 来源：eefocus

首先，给出ARM的三级流水线结构图，这是后面分析的基础。

这里写图片描述

上图中最左侧为指令的地址，根据三级流水线结构，当PC=0X3008是时，正在执行的的指令是地址为0X3000的这条指令。

在分别讲解各种异常之前，有一条总的原则就是：无论发生什么异常（除复位），内核总是会首先将 PC-4 放到LR寄存器中。

1.复位异常

复位异常中断处理程序不需要返回。在复位异常中断处理程序开始整个用户程序的执行，因而它不需要返回。

2.未定义指令异常

指遇到了一条没有定义的指令导致执行时无法执行。

未定义指令异常中断是由当前执行的指令自身产生的，当产生中断时，程序计数器PC的值还未更新(未更新的意思就是PC还没有加4 呢)；

以上面的流水线结构为例，地址为0X3000的指令（即第一条指令）执行时产生未定义异常，这时PC = 0X3008，内核将会把PC-4即0X3004放到LR_UND寄存器中。中断执行结束之后，我们实际上要执行的就是0X3004这条指令，所以直接用MOV PC,LR

3.软件中断异常

由指令SWI引起的，程序在执行这一指令后，进入异常中断。

同样，未定义指令异常中断是由当前执行的指令自身产生的，当产生中断时，程序计数器PC的值还未更新；

具体实例与未定义指令异常相同，不再赘述。

4.预取指异常

预取指异常与下面的数据访问异常是比较难以区分的。

由程序存储器引起的中止异常叫做预取指中止异常；

由数据存储器引起的中止异常叫做数据中止异常。

虽然预取指异常在取指阶段就会被标记出来，但是一定要到执行该指令的时候才会出现异常，因为这条指令可能根本就没有机会运行。当然数据中止异常也是要到指令执行阶段才出现的。

这两者之间还有一点共同点就是，当出现异常后，要重新再执行一次这条指令，这也是与其他异常不太一样的地方。

这两者之间的重要区别就在于：预取指异常是由于指令自身引起的，所以当产生中断时，程序计数器PC的值还未更新；但是数据中止异常的产生是由ALU产生的，当产生中断时，PC的值已经更新了（比如说0X3000产生数据异常，中断产生时，PC=0X000C了已经）！！

言归正传，举例说明。地址为0X3000的指令执行时产生预取指异常，这时PC = 0X3008，内核将会把PC-4即0X3004放到LR_ABT寄存器中。中断执行结束之后，我们实际上要执行的就是0X3000这条指令，所以用 SUBS PC，LR，#4

5.数据中止异常

数据中止异常就是在执行指令时数据出现错误。

再次强调，数据访问异常中断由当前执行的指令在ALU里执行时产生，当数据访问异常中断发生时，程序计数器pc的值已经更新。

举例。地址为0X3000的指令执行时产生数据中止异常，这时PC = 0X300C，内核将会把PC-4即0X3008放到LR_ABT寄存器中。中断执行结束之后，我们实际上要执行的就是0X3000这条指令，所以用 SUBS PC，LR，#8

6.中断请求（IRQ）异常

在此不解释何为中断请求异常。

注意，产生中断请求异常时，程序计数器pc的值也已经更新！

举例。地址为0X3000的指令执行时产生数据中止异常，这时PC = 0X300C，内核将会把PC-4即0X3008放到LR_IRQ寄存器中。中断执行结束之后，我们实际上要执行的就是0X3004这条指令，所以用 SUBS PC，LR，#4

7.快速中断（FIQ）请求异常

与IRQ异常基本相同，不再赘述。

总结：

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ARM 异常返回地址计算