ARM的七种异常类型(139页).doc

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1、-ARM7支持六种操作模式：（1） 用户模式（usr）：正常的程序执行状态（2） FIQ模式(fiq)： 支持数据传送或通道处理（3） IRQ模式(irq)： 用于通用的中断处理（4） 管理模式(svc)：用于操作系统的保护模式（5） 异常模式(abt)：数据或者指令预取异常时进入（6） 无定义模式(und)：当无定义指令被执行时进入（7）软件控制，外部中断，异常处理都可以改变操作模式。大部分的应用程序在用户模式下执行。其他模式，比如管理模式，在中断、异常服务、或者访问被保护资源时进入。ARM 的中央寄存器集是16 个用户寄存器R0 R15。这些寄存器均是32 位宽度，R0 R12没有其他特殊

2、功能，寄存器R13 R15在CPU中有特殊功能。R13被用作栈指针（stack pointer,SP）。R14被称为链接寄存器（link register, LR），当调用一个函数时返回地址被自动保存到链接寄存器，在函数返回时有效。这使得快速进入和返回“叶”函数（不调用其他函数的函数）成为可能。如果函数是分支的一部分（即该函数将调用另一个函数），链接寄存器必须入栈（R13）。R15 是程序计数器（program counter, PC）。有趣的是，许多指令也可以在R13 R15中执行，就像它们是标准的用户寄存器。ARM中断的问题ARM的七种异常类型1复位异常2数据访问中止异常3快速中断请求异常

3、4一般中断请求5预取指令异常6软件中断异常7未定义异常问题：1为什么除了进入复位异常模式外，在别的异常处理模式中都允许FIQ中断？2数据访问中止异常的优先级大于FIQ异常，为什么在数据访问异常处理模式中，还允许FIQ中断？这样不就成了：在高优先级异常处理中允许低优先级的中断发生？即使这样，因为FIQ中断的优先级 将下一条指令的地址存入LR 2 复制CPSR到SPSR 3 根据异常类型，设置CPSR的运行模式位和相应的中断位 4 强制PC从相应的异常向量地址取下一条指令执行，跳转到相应的异常处理程序处 B:异常处理完毕之后，ARM微处理器会执行以下几步操作 1 将连接寄存器LR的值减去相应的偏移

4、量后送到PC中。 2 将SPSR复制回CPSR中。 3 若在进入异常处理时设置了中断禁止位，要在此清除。 4 可以认为应用程序总是从复位异常处理程序开始执行的，因此复位异常处理程序不需要返回。 问题1：在B 中，为什么还要清除中断禁止位？我是这样理解的： 进入异常时，先保存了CPSR到相应的SPSR，返回的时候，直接复制SPSR到CPSR不就使得和中断前的CPSR一样吗？为什么还要清除相应的中断位？ 问题2：B 点 怎么理解？麻烦大家给讲讲。1:如果CPSR的I位为0，ARM处理器会再次响应中断，所以清除I位是必须的 2:其实是说，一旦发生复位，处理就立即转向复位向量.其实复位还有其它操作，B

5、4的说法不是很准确的arm开发经验笔记 /malonely发表于2007-09-20, 15:57 前一段时间做了arm的一些开发,主要是编写了arm的启动软件和移植了uCOS-II到arm7。我做事情喜欢深入简出,及从最简单,最原理的方面先做 一个框架,然后在这个框架里面进行补充。我还是一个很喜欢和别人讨论的人,希望有人可以给我提出意见和建议。我的这个心得很初级,都是一些基本的东西。现 在拿出来和大家分享,希望在我毕业之前能给大家留一些纪念。_ 由于这些东西发paper实在是没有价值,但是我感觉可以作为arm开发的入门。由于我的水平和经验有限,错误也是难免的。但是如果不拿出来和大家分享, 就

6、算有错误我也发现不了,是么？呵呵。我现试试发连载的第一篇,看看有多少价值,如果大家觉得有价值,我会继续连载的。前言 这个文档是我学习ARM编程的总结和心得。阅读这个文档的人应当首先阅读ADS1.2的帮助文档及相关内容。这个文档不会对编译器及连接器做出详细的说 明, 在需要的时候会指出具体内容在相关资料的章节。同时阅读这个文档的人需要了解ARM指令集和一些ARM汇编的基本内容以及C和C+的相关编程内容。同时 还需要了解ARM的流水线结构及一些基本的编程知识。同时为了方便查阅英文文档,所有的相关术语都使用英文原文 第一章 STARTUP1 ARM的启动一般的嵌入式系统在主程序执行之前都需要执行一些

7、初始化的过程以创造嵌入式程序运行的 环境,尤其是一些高级的嵌入式系统,由于核心芯片使用内存映射、内存保护等机制以及编程使用高级语言C,C+甚至JAVA语言,都需要先创建一个适合程 序运行的硬件环境,然后初始化或者配置或者剪裁run-time library, 这些工作都必须在主程序运行前完成,所以一个startup程序或者程序组对于一个嵌入式系统来说是非常重要的。要编写startup程序,需要对编译 器、链接器和汇编器的细节有一定的了解,同时对ARM芯片硬件本身的地址分配以及memory mapping机制也需要有一些了解。2 ARM 程序的工作过程 首先由各种source file经过编译产

8、生object文件,然后object文件经过链接生成Image文件,然后通过ICE的方法,根据描述文件的指定下载到目标板上的固 态存储器指定地址当中,比如flash,EEPROM, ROM等等。在程序执行之前,根据某些描述文件,将需要读写数据的部分读出放入动态存储器比如RAM当中,然后程序从ROM开始执行。或者有时为了提高程 序的运行速度,也可以将所有的程序(有一些root的部分除外,以后会提及)通过一个描述文件放入指定的RAM当中,然后程序从RAM开始执行,但是这样 会耗费大量的动态存储器,所以大部分程序会取折中的方法,将需要快速运行的部分和要读写的部分放入RAM中(一般读固态存储器的过程和

9、动态存储器的过程是 一样的,但是写就不同了,所以读写的部分一定要放到RAM中),而只读的部分和对速度要求不是那么高的部分放入固态存储器。同时ARM结构的异常向量表规 定放在地址为0x00000000开始的地址空间上,而一般的CPU为了提高异常相应速度,会将这个向量段remap到其他的RAM当中,所以在描述文件 当中必须精确指定异常向量跳转程序的地址到remap的地方。在application程序执行前,还需要由一些文件描述application程序执行 的环境。比如系统工作时钟,总线频率。现在一般嵌入式编程语言为C,C+等。如果在使用它们的时候使用的runtime-library,那么在程序执

10、 行前还需要为这些库函数初始化heap。然后ARM可能工作在不同的模式,还需要为不同的工作模式设置stack。这样,描述链接地址的文件,以及在 application运行前所有的初始化程序就是startup程序组3 STARTUP分类这样,将startup程序所完成的功能分类。一类是链接地址描述,一类是各种初始化的程序。根据不同的应用,描述文件和初始化程序的内容以及结构和复杂程度都会不同。但是基本上,它们都必须实现以下功能。3.1 描述文件实现功能描述文件可以是链接命令行上简单的几个字符,也可以是一个非常复杂的文件,但是它必须完成如下功能： 指定程序下载的地址 指定程序执行的地址3.2 初始化

11、程序实现的功能初始化程序根据不同的应用,其结构和复杂度也不同,但是它必须完成如下基本功能： 异常向量初始化 内存环境初始化 其他硬件环境初始化4 描述文件要编写描述文件,必须知道ARM Image文件的组成及ARM Image文件执行的机理。4.1 ARM Image的结构一个ARM Image structure由linker在以下几个方面定义：组成它的regions 和 output sections 当Image 下载的时候这些regions 和 sections 在内存中的位置当Image 执行时这些regions和sections在内存中的位置4.1.1 ARM Image的组成一个

12、ARM Image被保存在可执行文件当中,它的层次结构可以包括Image,regions,output sections和input sections。 一个Image由一个或多个regions组成,每个region包括一个或多个output sections 每个output section由一个或多个input sections组成 Input sections是一个object file中的code和data信息。Image的结构如下图：NOTE Input section,output section和region的定义见ADS_LinkerGuide 3-3页。同时Input sec

13、tion 有几种属性,分别为readonly,read-write,zero-initialized。分别称为RO,RW和ZI。属性来源于AREA后的attr属性。比 如CODE是RO,DATA是RW,NOINT默认为ZI,即用0值初始化,但是可以选择不进行0值初始化。ZI属性仅仅来源于SPACE, DCB, DCD, DCDU, DCQ, DCQU, DCW, 或者DCWU。由以上定义,ZI属性的包含于RW属性,它是有初始值的RW数据。又例如在C语言中,代码为RO,静态变量和全局变量是RW,ZI的。4.1.2 Image 的Load view 和 execution view在 下载的时候I

14、mage regions被放置在memory map当中,而在执行Image前,或许你需要将一些regions放置在它们执行时的地址上,并建立起ZI regions。例如,你初始化的RW数据需要从它在下载时的在ROM中的地址处移动到执行时RAM的地址处。 NOTE Load view 和execution view的详细定义见ADS_LinkerGuide 3-4以上的描述包括二个内容,一是要指定各个section在load view和execution view时的地址即memory map,二是要在执行前根据这些地址进行section的初始化。4.1.3 制定Memory map制 定me

15、mory map的方法基本上有二种,一是在link时使用命令行选项,并在程序执行前利用linker pre-define symbol使用汇编语言制定section的段初始化,二是使用scatter file。以上二种方法依应用程序的复杂度而定,一针对简单的情况,二针对复杂的情况。4.1.1.1 利用linker pre-define symbol使用汇编程序这是简单的方法,针对简单的memory map。在link时使用选项-ro, -rw, 等等指定memory map的地址。详细说明参看ADS_LinkerGuide中命令行选项说明。然后利用汇编使用pre-define symbol,来

16、进行各种段的定位。Linker pre-define定义如下：由前面对ZI的说明,Image$RW$Limit = Image$ZI$Limit。这些都是linker预先定义的外部变量,在使用的时候可以用IMPORT引入。下面给出一个例子。假 设linker 选项为：-ro-base 0x40000000 -rw-base 0x40003000。程序和只读变量(const 变量)大小为0x84,这样RO section的大小为0x84 bytes。Data的大小为0x04 bytes,并且data被初始化,则RW section的大小为0x04,ZI section的大小为0x04。这样程序在

17、load view,地址是这样的：0x40000000开始到地址0x40000080,是RO section部分（程序从0x40000000开始）,Image$RO$Limit = 0x40000084.0x40000084地址开始到地址0x40000084,是RW section部分。在execution view,由linker的选项,各个section的地址是这样的：RO section的地址不变。RW section的起始地酚蔽?x40003000,则Image$RW$Base = 0x40003000。因为全部的0x04 bytes data被初始化,所以Image$RW$Limit

18、 = Image$ZI$Limt = 0x40003004。现在要做的就是将RW section移到以0x40003000开始的地方,并且创造一个ZI section。一个更通用的做法是：首 先比较Image$RO$Limit和mage$RW$Base,如果相等,说明execution view下RW section的地址和load view 下RW section的地址相同,这样,不需要移动RW section;如果不等,说明需要移动RW section 到它在execution view中的地方。然后将Image$ZI$Base地址到Image$ZI$Limt地址的内容清零。示例代码如下：

19、;读入linker pre-define symbolsIMPORT Image$RO$LimitIMPORT Image$RW$BaseIMPORT Image$ZI$BaseIMPORT Image$ZI$Limit; .一些其他的代码或伪指令;R0读入section load addressLDR R0,= Image$RO$Limit;R1读入section execution addressLDR R1,= Image$RW$Base;R2读入execution section 后的紧跟的word addressLDR R2,= Image$ZI$Base;检查RW section的

20、地址在load view和execution view下;是否相等,如果相等,就不移动RW section,直接建立;ZI scetionCMP R0,R1BEQ do_zi_init;否则就copy RW section到execution view下指定的地址BL copy; .; .;copy 是一个用于copy的子函数,它把从R0中的地址开始的;section copy到R1中的地址开始的section,这个section的;上限地址后紧跟的word address保存在R2中copyCMP R1,R2LDRCC R3,R0,#4STRCC R3,R1,#4BCC copyMOV PC

21、,LR; .; .;do_zi_int子函数是为创建ZI section做一些准备工作do_zi_int;将ZI section开始的地址装入R1LDR R1,= Image$ZI$Base;将ZI section结束后紧跟的word address装入R2LDR R2,= Image$ZI$Limit;将ZI section 需要的初始化量装入R3MOV R3,#0BL zi_int; .; .;zi_int子函数用于建立并初始化ZI section,ZI section的;开始地址储存在R1,ZI section结束后紧跟的word address;地址储存在R2zi_intCMP R1,

22、R2STRCC R3,R1,#4BCC zi_intMOV PC,LR; .; .这个方法针对比较简单的应用,如果需要进行一个比较复杂的memory map,如下图,那么这个方法就不适用了。为了解决复杂memory map的问题需要用到scatter load 机制。标签: 发信人: duremi (快乐点), 信区: Modern_Elec标 题: ARM7常见问题1：数据异常 （ZZ）发信站: 逸仙时空 Yat-sen Channel (Fri Apr 7 10:11:49 2006), 站内信件ARM7常见问题1：数据异常 作者 呜哇啦 日期 2006-3-30 13:45:00 其实很

23、多人刚开始都会觉得数据异常很讨厌，到后来真正了解之后，才发现这个东西真不错，能有效的帮助我们查找到问题所在。如果没有这个东西，很多问题是很难被发现的。 一般会出现此现象的原因： 1.堆栈的指针不合理（C编译器无法侦测到。），随着SP的延伸，可能会到临界地区，发生不正确的物理地址的访问。 2.在C中使用volatile的物理地址访问，有可能出现非法的数据区域访问。 3.特别是在工业控制等场合（掉电重起后，数据要求不更改，做到数据保护），系统启动过程中，屏蔽掉_main的初始化变量功能，很多公共变量（如定义成unsigned short x=0x8888，或指向某些结构的指针）.在启动后没有初始化代码为其做初始化。所以容易产生随机地址访问，出现 data abort。此情况下，最好在用户程序一开始就做好全局变量的初始化工作。 解决方案： 应有一些ARM汇编基础，在进入数据异常的时候，通过查找LR地址，ADS下使用setpc跳到LR内的地址（keil下，则是show code at Address），此处的代码（可能是一个小小范围，因为流水线的问题）就是引起错误的指令。查看此代码对哪些变量进行了访问（如果有堆栈操作，则设置断点，程序执行到此处后。查看SP指针是否合法） - o o o o o o True love is powe