ARM單片機三種中斷返回情況的分析與解決

ID:206624 · 發表于 2017-6-2 19:09

ARM單片機是大多數新手選擇的入門切入點，但由于知識的不足，在設計過程中新手們經常會遇到這樣或那樣的問題，ARM異常中斷返回就是這樣一種令人頭疼的問題。在ARM的使用問題中異常中斷返回是新手們較為苦惱的問題，本文就將對ARM異常中斷的集中情況進行總結，并給出了一些解決方法。

在正式介紹之前，要為大家補充一些較為重要的基礎知識。首先R15(PC)總是指向“正在取指”的指令，而不是指向“正在執行”的指令或正在“譯碼”的指令。一般來說，人們習慣性約定將“正在執行的指令作為參考點”，稱之為當前第一條指令，因此PC總是指向第三條指令。當ARM狀態時，每條指令為4字節長，所以PC始終指向該指令地址加8字節的地址，即：PC值=當前程序執行位置+8;而ADS中的pc，是為了調試看著方便而修改過的，它指向的是正在執行的指令，即“真正pc-8”!

SWI和未定義指令異常中斷的返回

指令地址：

A PC-8當前指令為SWI或未定義指令，此時發生中斷.PC的值還沒有更新。

A+4 PC-4中斷時處理器將PC-4保存到LR。;r!

A+8 PC

返回時，從發生中斷的指令A(PC-8)的下一條指令A+4(PC-4)處開始執行，所以直接把LR的值賦給PC就行了，具體指令為MOV PC，LR(PC=A+4=LR)。

白話解釋：對于SWI和未定義指令發生異常時pc沒有更新，根據ARM的三級流水線原理，pc沒有更新，仍然等于(A+8);lr = pc – 4(這時處理器決定的，無法更改!)即A+4。

由于這類異常返回后應執行下一條指令(A+4)，所以返回時，pc=lr即可。

IRQ 和FIQ異常中斷處理的返回指令地址對應于PC A，PC-8執行此指令完成后(!)查詢IRQ及FIQ，如果有中斷請求則產生中斷。

A+4 PC-4

A+8 PC ;lr!

(此時PC的值已經更新，指向A+12.將當前PC-4，即A+8)。

保存到LR.返回時，要接著執行A+4(LR-4)處的指令，所以返回指令為：

SUBS PC，LR，#4(PC=A+4=LR-4)

白話解釋：對于普中斷和快中斷異常，中斷必須在一條指令執行完以后被檢測到，如正在執行指令甲時發生了中斷，不等指令甲執行完是不會處理該中斷的，發生異常時pc已經更新(A+12); lr=pc– 4(這時處理器決定的，無法更改!)即A+8返回后，應執行被中斷而沒有執行的指令(上面的A+4)，所以返回時，pc= lr-4。　

　指令預取中止異常中斷處理的返回

指令地址：

A PC-8 執行本指令時發生中斷，A+4 PC-4處理器將A+4(PC-4)保存到：

LR. ;lr!A+8 PC

返回時，發生指令預取中止的指令A(PC-8)處重新執行，所以返回指令為SUBS PC，LR，#4(PC=A=LR-4)。

白話解釋：對于預取指令中止異常發生預取指令異常時，是在執行時發生的異常，pc未更新，即pc=A+8;lr=pc – 4(這時處理器決定的，無法更改!)即A+4。

由于這類異常返回后應重新執行異常的那個指令(A)，所以返回時，pc = lr-4。

數據訪問中止異常中斷處理的返回

指令地址：

A PC-8 本指令訪問有問題的數據，產生中斷時，PC的值已經更新。

A+4 PC-4 中斷發生時PC=A+12，處理器將A+8(PC-4)保存到LR.。

A+8 PC ;lr!

返回時，要返回到A處繼續執行，所以指令為SUBS PC，LR，#8.(PC=A=LR-8)

白話解釋：對于數據訪問中止異常時，是在執行時訪問數據錯誤。

導致的異常，pc已經更新，即pc=A+12。

lr=pc–4(這時處理器決定的，無法更改!)即A+8。

由于這類異常返回后應重新執行異常的那個指令(A)，所以返回時，pc=lr-8。

總結

引起PC更新的原因一種是數據中止，還有就是中斷了。

中斷必須是在一條指令執行完畢后才能被檢測到，所以它中斷的只是還未執行的那條。指令(pc-8)，所以pc=lr – 4;

與中斷相同，SWI和未定義指令異常也是返回到下一條指令(pc-4)，只是他們在執行時，PC的值并沒有更新，所以pc= lr。

預取指令中止異常，也沒有發生pc更新，但它還得重新執行發生異常的那條指令，所以pc=lr–4。

數據訪問中止異常，發生了pc更新，并且它也需要重新執行發生異常的那條指令，所以pc=lr–8。

通過以上的介紹，可以看到造成單片機中斷返回的原因非常多，每種方法的應對方案都不盡相同。在ARM芯片調試過程中遇到中斷返回問題的朋友不妨仔細閱讀本文，相信會從中找到問題的解決方法。也可收藏本文以備不時之需，在遇到錯誤的時候進行查閱。

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ARM單片機三種中斷返回情況的分析與解決

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