14.1 中断体系

• ARM 体系的CPU 有 7 种工作模式

• 用户模式（usr）：ARM 处理器正常的程序执行状态

• 快速中断模式（fiq）：用于高速数据传输或通道处理

• 中断模式（irq）：用户通用的中断处理　　

• 管理模式（svc）：操作系统使用的保护模式

• 数据访问终止模式（abt）：当数据或指令预取终止时进入该模式，可用于虚拟存储及存储保护

• 系统模式（sys）：运行具有特权的操作系统任务

• 未定义指令中止模式（und）：当未定义的指令执行时进入该模式，可用于支持硬件协处理器的软件仿真

　　可通过软件来进行模式切换，或者发生各类中断、异常时CPU自动进入相应的模式。除用户模式外，其他6种工作模式都属于特权模式，

• ARM体系的CPU有以下两种工作状态

• ARM 状态：此时处理器执行 32 位的字对齐的 ARM 指令

• Thumb 状态：此时处理器执行 16 位的、半字对齐的  Thumb  指令　　

　　ARM920T 有 31 个通用的 32 位寄存器和 6 个程序状态寄存器。这37个寄存器分位7组，进入某个工作模式就使用哪组寄存器。在ARM状态下，每种工作模式都有16个通用寄存器和1个（或2个，取决于工作模式）程序寄存器。如下图：

　　

14.1.1 CPSR 寄存器

CPSR 寄存器称为 当前程序状态寄存器

（1）条件码标志

  　　N、Z、C、V均为条件码标志位。它们的内容可被算术或逻辑运算的结果所改变，并且可以决定某条指令是否被执行。条件码标志各位的具体含义如下表所示：

标志位	含                                义
N	当用两个补码表示的带符号数进行运算时，N=1表示运算的结果为负数；N=0表示运算的结果为正数或零
Z	Z=1表示运算的结果为零，Z=0表示运算的结果非零。
C	可以有4种方法设置C的值：
	-加法运算（包括CMP）：当运算结果产生了进位时（无符号数溢出），C=1，否则C=0。
	-减法运算（包括CMP）：当运算时产生了借位时（无符号数溢出），C=0，否则C=1。
	-对于包含移位操作的非加/减运算指令，C为移出值的最后一位。
	-对于其它的非加/减运算指令，C的值通常不会改变。
V	可以有2种方法设置V的值：
	-对于加减法运算指令，当操作数和运算结果为二进制的补码表示的带符号数时，V=1表示符号位溢出
	-对于其它的非加/减运算指令，V的值通常不会改变。
Q	在ARM V5及以上版本的E系列处理器中，用Q标志位指示增强的DSP运算指令是否发生了溢出。在其它版本的处理器中，Q标志位无定义

 

　　在ARM状态下，绝大多数的指令都是有条件执行的；在THUMB状态下，仅有分支指令是条件执行的。

（2） 控制位

  　　CPSR的低8位（包括I、F、T和M[4：0]）称为控制位，当发生异常时这些位可以被改变。如果处理器运行于特权模式时，这些位也可以由程序修改。

•   中断禁止位I、F：置1时，禁止IRQ中断和FIQ中断。

•   T标志位：该位反映处理器的运行状态。当该位为1时，程序运行于THUMB状态，否则运行于ARM状态。该信号反映在外部引脚TBIT上。在程序中不得修改CPSR中的TBIT位，否则处理器工作状态不能确定。

•   运行模式位M[4：0]：这几位是模式位，这些位决定了处理器的运行模式。具体含义如下表所示：

•   保留位：CPSR中的其余位为保留位，当改变CPSR中的条件码标志位或者控制位时，保留位不要改变，在程序中也不要用保留位存储数据。保留位将用于ARM版本的扩展。

14.1.2 SPSR---程序状态保存寄存器

　　当切换进入其他模式时候，在SPSR种保存前一个工作模式的 CPSR 的值，当返回前一个工作模式时，可以将 SPSR 的值恢复到 CPSR中。

　　当一个异常发生时，将切换进入相应的工作模式，这时，CPU 核将自动完成如下事情：

1. 在异常工作模式的连接寄存器 R14 中保存前一个工作模式的下一条，即将执行的指令的地址。对于ARM状态，这个值是当前PC值加4或加8

2. 将CPSR 的值复制到异常模式的 SPSR

3. 将 CPSR 的工作模式位设为这个异常对应的工作模式

4. 令 PC 值等于这个异常模式在异常向量表中的地址，即跳转去执行异常向量表中的相应指令。

　　从异常工作模式退出回到之前的工作模式时，需要通过软件完成如下事情：

1. 前面进入异常工作模式时，连接寄存器中保存了前一工作模式的一个指令地址，将它减去一个适当的值后赋值给 PC 寄存器

2. 将 SPSR 的值复制给 CPSR

　　

14.2 S3C2440 中断控制器

　　CPU 运行过程中通过两种方法知道各类外设发生了某些不预期的事件：

1. 查询方式：程序循环地查询各设备的状态并作出相应反应。

2. 中断方式：当某事件发生时，硬件会设备某个寄存器；CPU 在每执行完一个指令时，通过硬件查看这个寄存器，如果发现所关注的事件发生了，则中断当前程序流程，跳转到一个固定的物理地址处理这事件，最后返回继续执行被中断的程序。

　　中断处理过程：

1. 中断控制器汇集各类外设发出的中断信号，然后告诉 CPU

2. CPU 保存当前程序的运行环境（各个寄存器等），调用中断服务程序（ISR，Interrupt Service Routine）来处理这些中断

3. 在 ISR 中通过读取中断控制器、外设的相关寄存器来识别这是哪个中断，并进行相应的处理

4. 清除中断：通过读写中断控制器和外设的相关寄存器来实现

5. 最后恢复被中断程序的运行环境（即上面保存的各个寄存器等），继续执行

　　2440 的中断处理框图如下：

　　

1. Request sources(without sub-register) 中的中断源被触发后，SRCPND 寄存器中相应位被只1，如果此时中断没有被 INTMSK 寄存器屏蔽或者快速中断(FIQ)的话，它将被进一步处理

2. Request sources(with sub-register) 中的中断源被触发后，SUBSRCPND 寄存器中的相应位被置1，如果此中断没有被 INTSUBMSK 寄存器屏蔽的话，它在 SRCPND 寄存器中的相应位也被置 1 ，之后的处理过程与 上面 1 相同

3. 在 SRCPND 寄存器中，被触发的中断的相应位被置1，等待处理，如果被触发的中断中有快速中断（FIQ）——MODE（INTMOD 寄存器）中为1的位对应的中断是 FIQ，则CPU进入快速中断模式(FIQ Mode)进行处理

4. 对于一般中断IRQ，可能同时有几个中断被触发，未被 INTMSK 寄存器屏蔽的中断经过比较后，选出优先级最后的中断，此中断在 INTPND 寄存器中的相应位被置1，然后CPU进入中断模式（IRQ Mode）进行处理。中断服务程序可以通过读取 INTPND 寄存器或者 INTOFFSET 寄存器来确定中断源　　

 1 objs := head.o init.o interrupt.o main.o

 2 

 3 int.bin: $(objs)

 4     arm-linux-ld -Ttext 0x00000000 -o int_elf $^

 5     arm-linux-objcopy -O binary -S int_elf $@

 6     arm-linux-objdump -D -m arm int_elf > int.dis

 7     

 8 %.o:%.c

 9     arm-linux-gcc -Wall -O2 -c -o $@ $<

10 

11 %.o:%.S

12     arm-linux-gcc -Wall -O2 -c -o $@ $<

13 

14 clean:

15     rm -f int.bin int_elf int.dis *.o

interrupt.c

 1 #include 's3c24xx.h'

 2 

 3 void EINT_Handle()

 4 {

 5     unsigned long oft = INTOFFSET;

 6     unsigned long val;

 7     

 8     switch( oft )

 9     {

10         // S2被按下

11         case 0: 

12         {   

13             GPFDAT |= (0x7<<4);   // 所有LED熄灭

14             GPFDAT &= ~(1<<4);      // LED1点亮

15             break;

16         }

17         

18         // S3被按下

19         case 2:

20         {   

21             GPFDAT |= (0x7<<4);   // 所有LED熄灭

22             GPFDAT &= ~(1<<5);      // LED2点亮

23             break;

24         }

25 

26         // K4被按下

27         case 5:

28         {   

29             GPFDAT |= (0x7<<4);   // 所有LED熄灭

30             GPFDAT &= ~(1<<6);      // LED4点亮                

31             break;

32         }

33 

34         default:

35             break;

36     }

37 

38     //清中断

39     if( oft == 5 ) 

40         EINTPEND = (1<<11);   // EINT8_23合用IRQ5

41     SRCPND = 1<42     INTPND = 1<43 }

s3c24xxx.h

 1 /* WOTCH DOG register */

 2 #define     WTCON           (*(volatile unsigned long *)0x53000000)

 3 

 4 /* SDRAM regisers */

 5 #define     MEM_CTL_BASE    0x48000000

 6 #define     SDRAM_BASE      0x30000000

 7 

 8 /* NAND Flash registers */

 9 #define NFCONF              (*(volatile unsigned int  *)0x4e000000)

10 #define NFCMD               (*(volatile unsigned char *)0x4e000004)

11 #define NFADDR              (*(volatile unsigned char *)0x4e000008)

12 #define NFDATA              (*(volatile unsigned char *)0x4e00000c)

13 #define NFSTAT              (*(volatile unsigned char *)0x4e000010)

14 

15 /*GPIO registers*/

16 #define GPBCON              (*(volatile unsigned long *)0x56000010)

17 #define GPBDAT              (*(volatile unsigned long *)0x56000014)

18 

19 #define GPFCON              (*(volatile unsigned long *)0x56000050)

20 #define GPFDAT              (*(volatile unsigned long *)0x56000054)

21 #define GPFUP               (*(volatile unsigned long *)0x56000058)

22 

23 #define GPGCON              (*(volatile unsigned long *)0x56000060)

24 #define GPGDAT              (*(volatile unsigned long *)0x56000064)

25 #define GPGUP               (*(volatile unsigned long *)0x56000068)

26 

27 #define GPHCON              (*(volatile unsigned long *)0x56000070)

28 #define GPHDAT              (*(volatile unsigned long *)0x56000074)

29 #define GPHUP               (*(volatile unsigned long *)0x56000078)

30 

31 

32 

33 /*UART registers*/

34 #define ULCON0              (*(volatile unsigned long *)0x50000000)

35 #define UCON0               (*(volatile unsigned long *)0x50000004)

36 #define UFCON0              (*(volatile unsigned long *)0x50000008)

37 #define UMCON0              (*(volatile unsigned long *)0x5000000c)

38 #define UTRSTAT0            (*(volatile unsigned long *)0x50000010)

39 #define UTXH0               (*(volatile unsigned char *)0x50000020)

40 #define URXH0               (*(volatile unsigned char *)0x50000024)

41 #define UBRDIV0             (*(volatile unsigned long *)0x50000028)

42 

43 

44 /*interrupt registes*/

45 #define SRCPND              (*(volatile unsigned long *)0x4A000000)

46 #define INTMOD              (*(volatile unsigned long *)0x4A000004)

47 #define INTMSK              (*(volatile unsigned long *)0x4A000008)

48 #define PRIORITY            (*(volatile unsigned long *)0x4A00000c)

49 #define INTPND              (*(volatile unsigned long *)0x4A000010)

50 #define INTOFFSET           (*(volatile unsigned long *)0x4A000014)

51 #define SUBSRCPND           (*(volatile unsigned long *)0x4A000018)

52 #define INTSUBMSK           (*(volatile unsigned long *)0x4A00001c)

53 

54 /*external interrupt registers*/

55 #define EINTMASK            (*(volatile unsigned long *)0x560000a4)

56 #define EINTPEND            (*(volatile unsigned long *)0x560000a8)

head.S

 1 @******************************************************************************

 2 @ File：head.S

 3 @ 功能：初始化，设置中断模式、管理模式的栈，设置好中断处理函数

 4 @******************************************************************************