對(duì)ARM異常（Exceptions）的理解

.globl _start ；系統(tǒng)復(fù)位位置
_start: b reset ；各個(gè)異常向量對(duì)應(yīng)的跳轉(zhuǎn)代碼
ldr pc, _undefined_instruction ；未定義的指令異常
ldr pc, _software_interrupt ；軟件中斷異常
ldr pc, _prefetch_abort ；內(nèi)存操作異常
ldr pc, _data_abort ；數(shù)據(jù)異常
ldr pc, _not_used ；未使用
ldr pc, _irq ；慢速中斷異常
ldr pc, _fiq ；快速中斷異常

從中我們可以看出，ARM支持7種異常。問(wèn)題時(shí)發(fā)生了異常后ARM是如何響應(yīng)的呢？第一個(gè)復(fù)位異常很好

理解，它放在0x0的位置，一上電就執(zhí)行它，而且我們的程序總是從復(fù)位異常處理程序開(kāi)始執(zhí)行的，因

此復(fù)位異常處理程序不需要返回。那么怎么會(huì)執(zhí)行到后面幾個(gè)異常處理函數(shù)呢？
看看書(shū)后，明白了ARM對(duì)異常的響應(yīng)過(guò)程，于是就能夠回答以前的這個(gè)疑問(wèn)。
當(dāng)一個(gè)異常出現(xiàn)以后，ARM會(huì)自動(dòng)執(zhí)行以下幾個(gè)步驟：
（1）把下一條指令的地址放到連接寄存器LR(通常是R14)，這樣就能夠在處理異常返回時(shí)從正確的位置

繼續(xù)執(zhí)行。
（2）將相應(yīng)的CPSR(當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器)復(fù)制到SPSR（備份的程序狀態(tài)寄存器）中。從異常退出的時(shí)

候，就可以由SPSR來(lái)恢復(fù)CPSR。
(3) 根據(jù)異常類型，強(qiáng)制設(shè)置CPSR的運(yùn)行模式位。
（4）強(qiáng)制PC（程序計(jì)數(shù)器）從相關(guān)異常向量地址取出下一條指令執(zhí)行，從而跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的異常處理程

序中。
至于這些異常類型各代表什么，我也沒(méi)有深究。因?yàn)槠匠＞完P(guān)心reset了，也沒(méi)有必要弄清楚。
ARM規(guī)定了異常向量的地址：
b reset ； 復(fù)位 0x0
ldr pc, _undefined_instruction ；未定義的指令異常 0x4
ldr pc, _software_interrupt ；軟件中斷異常 0x8
ldr pc, _prefetch_abort ；預(yù)取指令 0xc
ldr pc, _data_abort ；數(shù)據(jù) 0x10
ldr pc, _not_used ；未使用 0x14
ldr pc, _irq ；慢速中斷異常 0x18
ldr pc, _fiq ；快速中斷異常 0x1c
這樣理解這段代碼就非常簡(jiǎn)單了。碰到異常時(shí)，PC會(huì)被強(qiáng)制設(shè)置為對(duì)應(yīng)的異常向量，從而跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的

處理程序，然后再返回到主程序繼續(xù)執(zhí)行。
這些引導(dǎo)程序的中斷向量，是僅供引導(dǎo)程序自己使用的，一旦引導(dǎo)程序引導(dǎo)Linux內(nèi)核完畢后，會(huì)使用

自己的中斷向量。
嗬嗬，這又有問(wèn)題了。比如，ARM發(fā)生中斷(irq)的時(shí)候，總是會(huì)跑到0x18上執(zhí)行啊。那Linux內(nèi)核又怎

么能使用自己的中斷向量呢？原因在于Linux內(nèi)核采用頁(yè)式存儲(chǔ)管理。開(kāi)通MMU的頁(yè)面映射以后，CPU所

發(fā)出的地址就是虛擬地址而不是物理地址。就Linux內(nèi)核而言，虛擬地址0x18經(jīng)過(guò)映射以后的物理地址

就是0xc000 0018。所以Linux把中斷向量放到0xc000 0018就可以了。
MMU的兩個(gè)主要作用：
(1）安全性：規(guī)定訪問(wèn)權(quán)限
(2) 提供地址空間：把不連續(xù)的空間轉(zhuǎn)換成連續(xù)的。
第2點(diǎn)是不是實(shí)現(xiàn)頁(yè)式存儲(chǔ)的意思？

.globl _start ；系統(tǒng)復(fù)位位置
_start: b reset ；各個(gè)異常向量對(duì)應(yīng)的跳轉(zhuǎn)代碼
ldr pc, _undefined_instruction ；未定義的指令異常

……

_undefined_instruction :
.word undefined_instruction

也許有人會(huì)有疑問(wèn)，同樣是跳轉(zhuǎn)指令，為什么第一句用的是 b reset；
而后面的幾個(gè)都是用ldr？

為了理解這個(gè)問(wèn)題，我們以未定義的指令異常為例。

當(dāng)發(fā)生了這個(gè)異常后，CPU總是跳轉(zhuǎn)到0x4，這個(gè)地址是虛擬地址，它映射到哪個(gè)物理地址
取決于具體的映射。
ldr pc, _undefined_instruction
相對(duì)尋址，跳轉(zhuǎn)到標(biāo)號(hào)_undefined_instruction，然而真正的跳轉(zhuǎn)地址其實(shí)是_undefined_instruction

的內(nèi)容——undefined_instruction。那句.word的相當(dāng)于：
_undefined_instruction dw undefined_instruction (詳見(jiàn)畢設(shè)筆記3）。
這個(gè)地址undefined_instruction到底有多遠(yuǎn)就難說(shuō)了，也許和標(biāo)號(hào)_undefined_instruction在同一個(gè)

頁(yè)面，也許在很遠(yuǎn)的地方。不過(guò)除了reset，其他的異常是MMU開(kāi)始工作之后才可能發(fā)生的，因此

undefined_instruction 的地址也經(jīng)過(guò)了MMU的映射。
在剛加電的時(shí)候，CPU從0x0開(kāi)始執(zhí)行，MMU還沒(méi)有開(kāi)始工作，此時(shí)的虛擬地址和物理地址相同；另一方

面，重啟在MMU開(kāi)始工作后也有可能發(fā)生，如果reset也用ldr就有問(wèn)題了，因?yàn)檫@時(shí)候虛擬地址和物理

地址完全不同。

因此，之所以reset用b，就是因?yàn)閞eset在MMU建立前后都有可能發(fā)生，而其他的異常只有在MMU建立之

后才會(huì)發(fā)生。用b reset，reset子程序與reset向量在同一頁(yè)面，這樣就不會(huì)有問(wèn)題（b是相對(duì)跳轉(zhuǎn)的）

。如果二者相距太遠(yuǎn)，那么編譯器會(huì)報(bào)錯(cuò)的