2021年09月03日 | 【S3C2440】第14课、异常与中断之学习笔记

1、异常向量表

    /******下面这些就是异常向量表*****/

    .globl _start

    _start: b   reset

        ldr pc, _undefined_instruction

        ldr pc, _software_interrupt

        ldr pc, _prefetch_abort

        ldr pc, _data_abort

        ldr pc, _not_used

        ldr pc, _irq

        ldr pc, _fiq

    _undefined_instruction: .word undefined_instruction

    _software_interrupt:    .word software_interrupt

    _prefetch_abort:    .word prefetch_abort

    _data_abort:        .word data_abort

    _not_used:      .word not_used

    _irq:           .word irq

    _fiq:           .word fiq

手册异常向量表定义

2、程序

.text

.global _start

_start:

b reset  /*vector 0 一上电复位，是从0地址开始执行，跳到reset*/

b do_und /*vector 4 如果发生未定义指令异常，硬件就会在自动跳转0x04地址未定义指令异常处，执行do_und*/

/*假设一上电从0地址开始执行，reset，做一系列初始化之后

     *故意加入一条未定义指令

     */

do_und:

    /* 执行到这里之前:

* 1. lr_und保存有被中断模式中的下一条即将执行的指令的地址

* 2. SPSR_und保存有被中断模式的CPSR

* 3. CPSR中的M4-M0被设置为11011, 进入到und模式

* 4. 跳到0x4的地方执行程序 

*/

/*需要从新设置sp栈，指向某一块没有使用的地址*/  

/* sp_und未设置, 先设置它 */

ldr sp,=0x34000000  /*指向SDRAM的一块内存上*/

    /* 在und异常处理函数中有可能会修改r0-r12, 所以先保存 */

    /* 发生异常时，当前被中断的地址会保存在lr寄存器中 先减后存*/

    /* lr是异常处理完后的返回地址, 也要保存 */

stmdb sp!,{r0-r12,lr}  /*先减后存*/

/* 1、保存现场 */

/* 2、处理und异常 */

mrs r0,cpsr

ldr r1,=und_string

bl printException

/* 3、恢复现场 */

ldmia sp!,{r0-r12,pc}^  /* ^ 会把und_spsr的值恢复到cpsr里 */

und_string:

  .string "undefined instruction exception"

如何定义字符串，可以百度搜索 arm-linux-gcc 汇编 定义字符串

官方的说明文档

http://web.mit.edu/gnu/doc/html/as_7.html

.string "str"   /*汇编代码定义字符串*/

und_string:

  .string "undefined instruction exception"

reset:

/* 关闭看门狗 */

ldr r0, =0x53000000

ldr r1, =0

str r1, [r0]

/* 设置MPLL, FCLK : HCLK : PCLK = 400m : 100m : 50m */

/* LOCKTIME(0x4C000000) = 0xFFFFFFFF */

ldr r0, =0x4C000000

ldr r1, =0xFFFFFFFF

str r1, [r0]

/* CLKDIVN(0x4C000014) = 0X5, tFCLK:tHCLK:tPCLK = 1:4:8  */

ldr r0, =0x4C000014

ldr r1, =0x5

str r1, [r0]

/* 设置CPU工作于异步模式 */

mrc p15,0,r0,c1,c0,0

orr r0,r0,#0xc0000000   //R1_nF:OR:R1_iA

mcr p15,0,r0,c1,c0,0

/* 设置MPLLCON(0x4C000004) = (92<<12)|(1<<4)|(1<<0) 

*  m = MDIV+8 = 92+8=100

*  p = PDIV+2 = 1+2 = 3

*  s = SDIV = 1

*  FCLK = 2*m*Fin/(p*2^s) = 2*100*12/(3*2^1)=400M

*/

ldr r0, =0x4C000004

ldr r1, =(92<<12)|(1<<4)|(1<<0)

str r1, [r0]

/* 一旦设置PLL, 就会锁定lock time直到PLL输出稳定

* 然后CPU工作于新的频率FCLK

*/

/* 设置内存: sp 栈 */

/* 分辨是nor/nand启动

* 写0到0地址, 再读出来

* 如果得到0, 表示0地址上的内容被修改了, 它对应ram, 这就是nand启动

* 否则就是nor启动

*/

mov r1, #0

ldr r0, [r1] /* 读出原来的值备份 */

str r1, [r1] /* 0->[0] */ 

ldr r2, [r1] /* r2=[0] */

cmp r1, r2   /* r1==r2? 如果相等表示是NAND启动 */

ldr sp, =0x40000000+4096 /* 先假设是nor启动 */

moveq sp, #4096  /* nand启动 */

streq r0, [r1]   /* 恢复原来的值 */

    /*初始化SDRAM*/

bl sdram_init

/*初始化UART0*/

bl uart0_init

/*重定位text rodata data段整个程序*/

bl copy2sdram

/*清除BSS段*/

bl clean_bss

bl print1

und_code:

.word 0xff123456  /*未定义指令*/

    bl print2

//bl main      /* 使用BL命令相对跳转, 程序仍然在NOR/sram执行 */

ldr pc, =main  /* 绝对跳转, 跳到SDRAM */

halt:

b halt

如何处理这个异常呢？

直接print打印一句话，新建一个exception.c文件

    #include "uart.h"

    void printException(unsigned int cpsr, char *str) //cpsr打印相应的寄存器，str打印一个字符串

    {

        puts("Exception! cpsr = ");\打印cpsr

        printHex(cpsr);//输出cpsr的值

        puts(" ");//输出空格

        puts(str);//输出str值

        puts("nr");//回车，换行

    }

我们打开之前编译过的程序的反汇编文件

里面一定包含了保存恢复

    30000084 :

    30000084:   e1a0c00d    mov ip, sp

    30000088:   e92dd800    stmdb   sp!, {fp, ip, lr, pc} //保存 d是减 b是存

    3000008c:   e24cb004    sub fp, ip, #4  ; 0x4

    30000090:   e24dd004    sub sp, sp, #4  ; 0x4

    30000094:   e50b0010    str r0, [fp, #-16]

    30000098:   e51b3010    ldr r3, [fp, #-16]

    3000009c:   e2433001    sub r3, r3, #1  ; 0x1

    300000a0:   e50b3010    str r3, [fp, #-16]

    300000a4:   e51b3010    ldr r3, [fp, #-16]

    300000a8:   e3730001    cmn r3, #1  ; 0x1

    300000ac:   0a000000    beq 300000b4

    300000b0:   eafffff8    b   30000098

    300000b4:   e89da808    ldmia   sp, {r3, fp, sp, pc}//恢复，先读后加

上传编译

修改makefile添加文件

objs := start.o led.o main.o uart.o init.o exception.o

all:$(objs)

arm-none-linux-gnueabi-ld -T sdram.lds $^ -o main.elf

arm-none-linux-gnueabi-objcopy -O binary -S main.elf main.bin

arm-none-linux-gnueabi-objdump -D main.elf > main.dis

%.o:%.c

arm-none-linux-gnueabi-gcc -g -nostdlib -c -o $@ $<

%.o:%.S

arm-none-linux-gnueabi-gcc -g -nostdlib -c -o $@ $<

clean:

rm *.bin *.o *.elf *.dis

编译成功烧写

没有输出我们想要的字符串

很多同学想学会如何调试程序

这里我们演示

    sdram:

        bl print1 //添加print1

        /* 故意加入一条未定义指令 */

    und_code:

        .word 0xdeadc0de  /* 未定义指令 */

        bl print2 //添加print2,实现这两个函数，来打印

        //bl main  /* 使用BL命令相对跳转, 程序仍然在NOR/sram执行 */

        ldr pc, =main  /* 绝对跳转, 跳到SDRAM */

    halt:

        b halt

实现print1 print2这两个打印函数，在uart.c这个文件里

    void print1(void)

    {

        puts("abcnr");

    }

    void print2(void)

    {

        puts("123nr");

    }

上传代码烧写，发现print1、print2并未执行成功

发现在start.S并未初始化 uart0_init()，删除main.c中的uart0_init()初始化函数

        ldr pc, =sdram

    sdram:

        bl uart0_init    /*串口初始化代码添加*/

        bl print1

        /* 故意加入一条未定义指令 */

    und_code:

        .word 0xff123456  /* 未定义指令 */

        bl print2

        //bl main  /* 使用BL命令相对跳转, 程序仍然在NOR/sram执行 */

        ldr pc, =main  /* 绝对跳转, 跳到SDRAM */

    halt:

        b halt

加上uart0_init，再次编译烧写

程序正常运行，print1 print2全部打印，表明未定义指令并未运行，难道这个地址是一个已经定义的地址

打开2440芯片手册，找到ARM指令集

发现竟然是SWI指令，CPU可以识别出来，他不是一条未定义指令

我们得找到一条CPU不能识别的指令,定义为0x03000000

        ldr pc, =sdram

    sdram:

        bl uart0_init

        bl print1

        /* 故意加入一条未定义指令 */

    und_code:

        .word 0x03000000  /* 未定义指令 */

        bl print2

        //bl main  /* 使用BL命令相对跳转, 程序仍然在NOR/sram执行 */

        ldr pc, =main  /* 绝对跳转, 跳到SDRAM */

    halt:

        b halt

编译烧写执行

打印了未定义指令异常CPSR地址,打印了字符串，最后执行main函数

.word 0xdeadcode /* 也是一条未定义指令 只要指令地址对不上上表就是未定义指令*/

我们查看下cpsr是否处于未定义模式

bit[4:0]表示CPU模式 11011，果然处于und模式

我们看看这个程序做了什么事情

    .text

    .global _start

/*一上电复位，从0地址开始执行

跳到   reset:

做了一系列初始化

当执行到0xdeadc0de这条指令时候，CPU根本就不知道这条指令什么意思

    und_code:

        .word 0xdeadc0de  /* 未定义指令 */

        bl print2

让后就发生未定义指令异常，他会把下一条指令的地址保存到异常模式的LR寄存器

        /* 执行到这里之前已经发生了很多事情

         * 1. lr_und保存有被中断模式中的下一条即将执行的指令的地址

         * 2. SPSR_und保存有被中断模式的CPSR

         * 3. CPSR中的M4-M0被设置为11011, 进入到und模式

         * 4. 跳到0x4的地方执行程序 

         * 

         * 设置栈 sp是指und的地址

         * sp_und未设置, 先设置它

         *  /* 在und异常处理函数中有可能会修改r0-r12, 所以先保存 */

         * lr是异常处理完后的返回地址, 也要保存 */

         * 保存现场 */

         * 处理und异常 */

         * 恢复sp

         * cpu就会切换到之前的模式

         */

*/    

.text

.global _start

_start:

    b reset  /* vector 0 : reset */

    b do_und /* vector 4 : und */

    und_addr:

        .word do_und

    do_und:

        /* 执行到这里之前:

         * 1. lr_und保存有被中断模式中的下一条即将执行的指令的地址

         * 2. SPSR_und保存有被中断模式的CPSR

         * 3. CPSR中的M4-M0被设置为11011, 进入到und模式

         * 4. 跳到0x4的地方执行程序 

         */

        /* sp_und未设置, 先设置它 */

        ldr sp, =0x34000000

        /* 在und异常处理函数中有可能会修改r0-r12, 所以先保存 */

        /* lr是异常处理完后的返回地址, 也要保存 */

        stmdb sp!, {r0-r12, lr}  

        /* 保存现场 */

        /* 处理und异常 */

        mrs r0, cpsr

        ldr r1, =und_string

        bl printException

        /* 恢复现场 */

        ldmia sp!, {r0-r12, pc}^  /* ^会把spsr的值恢复到cpsr里 */