協(xié)處理器及其他指令之：異常產(chǎn)生指令

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9.5? 異常產(chǎn)生指令

ARM指令集中提供了兩條產(chǎn)生異常的指令，通過這兩條指令可以用軟件的方法實現(xiàn)異常。表9.4總結(jié)了ARM異常產(chǎn)生指令。

表9.4?? RM異常產(chǎn)生指令

9.5.1? 軟中斷指令SWI

1．指令編碼格式

軟件中斷指令SWI（Software Interrupt）用于產(chǎn)生軟中斷，從而實現(xiàn)從用戶模式變換到管理模式，CPSR保存到管理模式的SPSR中，執(zhí)行轉(zhuǎn)移到SWI向量，在其他模式下也可以使用SWI指令，處理器同樣切換到管理模式。

指令的編碼格式如圖9.12所示。

圖9.12? SWI指令編碼格式

2．指令的語法格式

SWI{<cond>}?? <immed_24>

① <cond>

為指令編碼中的條件域。它指示指令在什么條件下執(zhí)行。當<cond>忽略時，指令為無條件執(zhí)行（cond=AL（Alway））。

② <immed_24>

指定一個24位立即數(shù)。ARM處理器不對該立即數(shù)進行任何處理，其作用是提供給操作系統(tǒng)，從而判斷用戶程序請求的服務類型。

3．指令操作的偽代碼

指令操作的偽代碼如下面程序段所示。

If? ConditionPassed{cond}? then

???? R14_svc = address of next instruction after the SWI instruction

???? SPSR_svc = CPSR

???? CPSR[4:0] = 0b10011??? /*進入超級用戶模式*/

???? CPSR[5] = 0??? /*執(zhí)行在ARM狀態(tài)*/

???? CPSR[7] = 1

???? If? high? vectors configured then

????????? PC = 0xffff0008

???? Else

????????? PC = 0x00000000

4．指令舉例

（1）下面指令產(chǎn)生軟中斷，中斷立即數(shù)為0。

SWI?? 0；

（2）產(chǎn)生軟中斷，中斷立即數(shù)為0x123456。

SWI?? 0x123456；

（3）使用SWI指令時，通常使用以下兩種方法進行參數(shù)傳遞。

① 指令24位的立即數(shù)指定了用戶請求的類型，中斷服務程序的參數(shù)通過寄存器傳遞。

下面的程序產(chǎn)生一個中斷號為12的軟中斷。

MOV?? r0，＃34????????????? ;設置功能號為34

SWI?? 12????????????????? ;產(chǎn)生軟中斷，中斷號為12

② 另一種情況，指令中的24位立即數(shù)被忽略，用戶請求的服務類型由寄存器r0的值決定，參數(shù)通過其他寄存器傳遞。

下面的例子通過r0傳遞中斷號，r1傳遞中斷的子功能號。

MOV?? r0，＃12??????????????? ;設置12號軟中斷

MOV?? r1，＃34??????????????? ;設置子功能號為34

SWI??? 0?????????????????????? ;

（4）在SWI異常中斷處理程序中，取出SWI立即數(shù)的步驟為：首先確定引起軟中斷的SWI指令是ARM指令還是Thumb指令，這可通過對SPSR訪問得到；然后要確定該SWI指令的地址，這可通過訪問LR寄存器得到；然后讀出指令，分解立即數(shù)。

下面的例子為一個標準的SWI中斷處理程序。

T_bit????? EQU????? 0x20

SWI_Hander

??????????? STMFD???? SP!,{r0_r3,r12,LR}??? ;保護現(xiàn)場

?????????? MOV?????? r1，sp?????????????? ;設置參數(shù)指針

??????????? MRS?????? r0，SPSR???????????? ;讀取SPSR

??????????? STMFD???? SP!,{r0,r3}????????? ;保持SPSR，r3壓棧保證字節(jié)對齊

??????????? TST?????? r0,#T_bit??????????? ;測試T標志位

??????????? LDRNEH??? r0,[LR,#-2]????????? ;若為Thumb指令，讀取指令碼（16位）

??????????? BICNE???? r0,r0,#0xff00???????? ;取得Thumb指令8位立即數(shù)

??????????? LDREQ???? r0,[LR,#-4]????????? ;若為ARM指令，讀取指令碼（32位）

??????????? BICNQ???? r0,r0,#0xff00000????? ;取得ARM指令的24位立即數(shù)

????? ????; r0 存儲中斷號

????? ????; r1 指向棧頂

? ???BL????? C_SWI_Handler???????????????? ;調(diào)用主要的中斷服務程序

?? ??LDMFD?? sp!, {r0, r3}??????????????? ;SPSR出棧

?? ??MSR???? spsr_cf, r0????????????????? ;恢復SPSR

?? ??LDMFD?? sp!, {r0-r3, r12, pc}^???????? ;保存寄存器并返回

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中斷服務程序的主要工作放在C_SWI_Handler中，由C語言完成，用swich_case結(jié)構(gòu)判斷中斷類型。典型的程序如下。

void C_SWI_Handler( int swi_num, int *regs )

{

? ????switch( swi_num )

?? ???{

??? ??case??? 0:

????? ??????regs[0] = regs[0] * regs[1];

? ????break;

??? ??case??? 1:

????? ??????regs[0] = regs[0] + regs[1];

??? ??break;

?? ???case??? 2:

????? ??????regs[0] = (regs[0] * regs[1]) + (regs[2] * regs[3]);

?? ???break;

?? ???case??? 3:

?? ???{

????? ??????int w, x, y, z;

?????? ?????w = regs[0];

???? ???????x = regs[1];

????? ??????y = regs[2];

?????? ?????z = regs[3];

?????? ?????regs[0] = w + x + y + z;

?????? ?????regs[1] = w - x - y - z;

????? ??????regs[2] = w * x * y * z;

????? ??????regs[3] =(w + x) * (y - z);

?? ???}

? ????break;

?? ???}

}

9.5.2? 斷點中斷指令BKPT

1．指令編碼格式

斷點中斷指令BKPT（BreakPoint）產(chǎn)生一個預取異常（prefetch abort），它常被用來設置軟件斷點，在調(diào)試程序時十分有用。當系統(tǒng)中存在調(diào)試硬件時，該指令被忽略。

指令的編碼格式如圖9.13所示。

圖9.13? BKPT指令編碼格式

2．指令的語法格式

BKPT??? <immediate>

<immediate>

16位的立即數(shù)。該立即數(shù)可以用來保存額外的斷點信息。

?

3．指令操作的偽代碼

指令操作的偽代碼如下面程序段所示。

If? (not overridden by debug hard)

?????? R14_abt = address of BKPT instruction + 4

?????? SPSR_abt = CPSR

?????? CPSR[4:0] = 0b10111?????????????? /*進入異常模式*/

?????? CPSR[5] = 0????????????????????? /*執(zhí)行在ARM狀態(tài)*/

?????? /*CPSR[6] is unchanged*/

?????? CPSR[7] = 1????????????????????? /*禁止正常中斷*/

?????? If? high vectors configured then

????????????? PC = 0x0000000c

4．指令的使用

要正確的使用BKPT指令，必須和具體的調(diào)試系統(tǒng)相結(jié)合。一般說來，BKPT有兩種使用方法。

（1）如果當前使用的系統(tǒng)調(diào)試硬件沒有屏蔽BKPT指令，那么在此系統(tǒng)中預取指令異常和軟件調(diào)試命令同時使用一個中斷向量。這樣當異常發(fā)生時，就要依靠系統(tǒng)自身來判斷是真正的預取異常還是軟件調(diào)試命令。判斷的方法，根據(jù)系統(tǒng)的不同，而有所不同。

（2）如果當前的系統(tǒng)調(diào)試硬件屏蔽了BKPT指令，那么系統(tǒng)會跳過BKPT指令順序執(zhí)行該指令下面的程序代碼。