嵌入式系统基础 第7章--中断和异常_工学_高等教育_教育专区

第 7章 中断和异常本章重要内容1、中断和异常的基本概念2、中断（异常）服务程序的年结构3、处理器响应与处理中断（异常）的过程4、 ARM的中断系统7.1 中断和异常的基本概念 中断是主机与外设进行数据通信的重要机制，它负责处理处理器外部的异常事件；异常实质上也是一种中断，只不过它主要负责处理处理器内部事件。7.1.1 中断和异常1、什么叫中断当处理器遇有外部设备发生 “紧急事件 ”需要它来处理时，它就必须停下 “手头上的工作 ”先去处理这个 “紧急事件 ”。处理器的这种工作过程，或者这种工作状态就叫做中断。2、什么叫中断请求当外部设备有紧急事件需要处理器进行处理时，外部设备必须向处理器发送一个电信号（脉冲或电平）来表示有事件需要处理器来处理。这个信号叫做中断请求信号，或称中断请求。3、什么叫中断源发出中断请求信号的外部设备或事件就叫做中断源。4、什么叫异常除了外部设备可以发出可以发出中断请求之后，处理器内部也会有一些事件可以发出中断请求，例如读取指令出错或在进行除法运算时除数为零等。为了与外部事件引起的中断相区别，人们把这种由内部事件引起的中断叫做异常。7.1.2 中断请求信号的屏蔽处理器中用来屏蔽中断的积存器和开关如下：1、可屏蔽中断人们把带有开关，能阻止中断请求的中断输入端叫做可屏蔽中断信号输入端。这类中断叫可屏蔽中断。2、非屏蔽中断人们把不带开关，不能阻止中断请求的中断输入端叫做非屏蔽中断信号输入端。这类中断叫屏蔽中断。为了对处理器可以接收中断源的数目进行扩充及对中断进行必要的管理，在中断源和处理器之间还配有如下图所示的中断控制器。7.1.3 中断优先级及中断嵌套1、中断优先级处理器通常只有一个可屏蔽中断请求输入端。对于具有多个中断源的系统来说，当有两个或两个以上中断源同时发生中断请求时就会出现所谓的竞争。具体实现方法有两种：硬件实现方法和软件实现方法。（ 1）硬件实现方法就是为计算机系统配备一套能按优先等级对中断源进行排队的硬件电路，以保证级别高的中断能先于级别低的中断被处理器响应。一般情况下，这个优先排队机构可能在处理器中有一套，在中断控制器中也有一套，甚至在借口电路中也会有一套。（ 2）软件实现方法就是把所有中断源的中断请求信号分成两路，其中一路经 “或 ”逻辑送到处理器的中断请求输入端，而另一路则送入中断接口电路经数据总线送入处理器。中断源的软件查询法电路的接线如下图所示：软件查询法的中断服务程序的流程如下：2、中断嵌套7.1.4 中断服务程序用来处理中断事件的程序叫做中断服务程序。中断服务程序的一般结构如下所示：中断服务程序与普通子程序的重要差别在于：中断服务程序要对中断嵌套进行必要的管理。既中断服务程序要根据需要，对程序状态寄存器中的中断允许标志进行相应的设置。7.1.5 中断向量和中断向量表为了与普通子程序的首地址进行区分，中断服务程序的首地址 通常被叫做中断向量，或中断矢量。以后还会看到，凡是能直接或间接指向中断服务程序的都叫中断向量。各种处理器如何来调用中断服务子程序的方法不尽相同，通常有两种方法。调用方法和转移方法。1、调用方法是在处理器收到中断中断请求之后，由中断系统硬件执行一条子程序调用指令来调用中断服务程序。2、转移方法是由中断系统硬件执行一条转移指令来转向中断服务程序。但是，不管哪种方法，有一点是共同的，即它们最终都需要获得中断服务程序首地址 中断向量。所有的中断向量都必须存放在一个固定的存储区域，这个集中存放了中断向量或与中断向量相关信息的存储区域就叫做中断向量表。一种中断处理硬件系统示意图如下：处理器在响应中断源 2的中断时，其程序流程如下：7.1.6 中断的处理过程1、处理器响应中断的条件处理器响应中断的条件主要有以下几个：（ 1）处理器程序状态寄存器的中断屏蔽标志处于非屏蔽状态。（ 2）没有更高级的中断中断请求正在响应或正在发出、挂起。（ 3）处理器在现行指令执行结束后。2、中断的处理器过程当有中断请求发生且满足上述条件时，计算机系统就会响应中断请求，并自动将被中断程序的下一条指令地址（断点地址）保存到堆栈和关闭中断；接下来便将自中断向量表查询得的与该中断源对应的中断向量送入 PC，并转去执行中断服务程序。当执行到中断服务程序末尾时，执行中断返回指令或跳转指令，把保存的断点地址送回 PC，以在断点处接续执行被中断的程序。7.2 ARM的中断（异常）ARM处理器可以响应的中断（异常）有：中断、快中断、复位中断、软中断异常、预取指令中止异常、数据中止异常和未定义指令异常 7种。7.2.1 ARM的中断（异常）向量表1、低端和高端向量表ARM有低端和高端两种向量表，用户可以根据需要选用其中一种，如下所示：ARM中断（异常）的各个向量在向量表中的分配如下：中断（异常） 向量在低端向量表的地址 向量在高端向量表的地址复位（ RESET） 0x00000000 0xFFFF0000未定义指令（ UNDEF） 0x00000004 0xFFFF0004软中断（ SWI） 0x00000008 0xFFFF0008预取指令中止（ PABT） 0x0000000C 0xFFFF000C数据中止（ DABT） 0x00000010 0xFFFF0010保留 0x00000014 0xFFFF0014中断（ IRQ） 0x00000018 0xFFFF0018快中断（ FIQ） 0x0000001C 0xFFFF001C处理器在响应中断（异常后），可以通过两次跳转转移到中断（异常）服务程序。两次跳转的示意图如下：