ARM單片機(jī)三種中斷返回情況的分析與解決

　　ARM單片機(jī)是大多數(shù)新手選擇的入門切入點(diǎn)，但由于知識(shí)的不足，在設(shè)計(jì)過程中新手們經(jīng)常會(huì)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(duì)ARM異常中斷的集中情況進(jìn)行總結(jié)，并給出了一些解決方法。

　　在正式介紹之前，要為大家補(bǔ)充一些較為重要的基礎(chǔ)知識(shí)。首先R15(PC)總是指向“正在取指”的指令，而不是指向“正在執(zhí)行”的指令或正在“譯碼”的指令。一般來說，人們習(xí)慣性約定將“正在執(zhí)行的指令作為參考點(diǎn)”，稱之為當(dāng)前第一條指令，因此PC總是指向第三條指令。當(dāng)ARM狀態(tài)時(shí)，每條指令為4字節(jié)長(zhǎng)，所以PC始終指向該指令地址加8字節(jié)的地址，即：PC值=當(dāng)前程序執(zhí)行位置+8;而ADS中的pc，是為了調(diào)試看著方便而修改過的，它指向的是正在執(zhí)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(dāng)前指令為SWI或未定義指令，此時(shí)發(fā)生中斷.PC的值還沒有更新。

　　A+4 PC-4中斷時(shí)處理器將PC-4保存到LR。;r!

　　A+8 PC

　　返回時(shí)，從發(fā)生中斷的指令A(yù)(PC-8)的下一條指令A(yù)+4(PC-4)處開始執(zhí)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(duì)于SWI和未定義指令發(fā)生異常時(shí)pc沒有更新，根據(jù)ARM的三級(jí)流水線原理，pc沒有更新，仍然等于(A+8);lr = pc – 4(這時(shí)處理器決定的，無法更改!)即A+4。

　　由于這類異常返回后應(yīng)執(zhí)行下一條指令(A+4)，所以返回時(shí)，pc=lr即可。

　　IRQ 和FIQ異常中斷處理的返回指令地址對(duì)應(yīng)于PC A，PC-8執(zhí)行此指令完成后(!)查詢IRQ及FIQ，如果有中斷請(qǐng)求則產(chǎn)生中斷。

　　A+4 PC-4

　　A+8 PC ;lr!

　　(此時(shí)PC的值已經(jīng)更新，指向A+12.將當(dāng)前PC-4，即A+8)。

　　保存到LR.返回時(shí)，要接著執(zhí)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(duì)于普中斷和快中斷異常，中斷必須在一條指令執(zhí)行完以后被檢測(cè)到，如正在執(zhí)行指令甲時(shí)發(fā)生了中斷，不等指令甲執(zhí)行完是不會(huì)處理該中斷的，發(fā)生異常時(shí)pc已經(jīng)更新(A+12); lr=pc– 4(這時(shí)處理器決定的，無法更改!)即A+8返回后，應(yīng)執(zhí)行被中斷而沒有執(zhí)行的指令(上面的A+4)，所以返回時(shí)，pc= lr-4。

　　指令預(yù)取中止異常中斷處理的返回

　　指令地址：

　　A PC-8 執(zhí)行本指令時(shí)發(fā)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(shí)，發(fā)生指令預(yù)取中止的指令A(yù)(PC-8)處重新執(zhí)行，所以返回指令為SUBS PC，LR，#4(PC=A=LR-4)。

　　白話解釋：對(duì)于預(yù)取指令中止異常發(fā)生預(yù)取指令異常時(shí)，是在執(zhí)行時(shí)發(fā)生的異常，pc未更新，即pc=A+8;lr=pc – 4(這時(shí)處理器決定的，無法更改!)即A+4。

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

　　數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，產(chǎn)生中斷時(shí)，PC的值已經(jīng)更新。

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

　　A+8 PC ;lr!

　　返回時(shí)，要返回到A處繼續(xù)執(zhí)行，所以指令為SUBS PC，LR，#8.(PC=A=LR-8)

　　白話解釋：對(duì)于數(shù)據(jù)訪問中止異常時(shí)，是在執(zhí)行時(shí)訪問數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。

　　導(dǎo)致的異常，pc已經(jīng)更新，即pc=A+12。

　　lr=pc–4(這時(shí)處理器決定的，無法更改!)即A+8。

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

　　總結(jié)

　　引起PC更新的原因一種是數(shù)據(jù)中止，還有就是中斷了。

　　中斷必須是在一條指令執(zhí)行完畢后才能被檢測(cè)到，所以它中斷的只是還未執(zhí)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?cè)趫?zhí)行時(shí)，PC的值并沒有更新，所以pc= lr。

　　預(yù)取指令中止異常，也沒有發(fā)生pc更新，但它還得重新執(zhí)行發(fā)生異常的那條指令，所以pc=lr–4。

　　數(shù)據(jù)訪問中止異常，發(fā)生了pc更新，并且它也需要重新執(zhí)行發(fā)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(jī)中斷返回的原因非常多，每種方法的應(yīng)對(duì)方案都不盡相同。在ARM芯片調(diào)試過程中遇到中斷返回問題的朋友不妨仔細(xì)閱讀本文，相信會(huì)從中找到問題的解決方法。也可收藏本文以備不時(shí)之需，在遇到錯(cuò)誤的時(shí)候進(jìn)行查閱。