详解ARM异常处理流程

在学习与开发ARM处理器的过程中，一个不能绕开的话题就是异常处理流程。它在ARM的体系架构中，占据着不可动摇的重要地位。此处就以Coterx-A系列的ARM处理器简单分析一下异常中断处理流程。

说异常处理流程之前，我们先说一下ARM处理器的工作模式和异常源。

在Coterx-A系列之前的ARM处理器，一共有个基本工作模式：

User : 非特权模式，大部分任务执行在这种模式;

FIQ : 当一个高优先级(fast) 中断产生时将会进入这种模式;

IRQ : 当一个低优先级(normal) 中断产生时将会进入这种模式;

Supervisor :当复位或软中断指令执行时将会进入这种模式;

Abort : 当存取异常时将会进入这种模式;

Undef : 当执行未定义指令时会进入这种模式;

System : 使用和User模式相同寄存器集的特权模式;

而Coterx-A系列处理器则多了一种工作模式：

Monitor : 是为了安全而扩展出的用于执行安全监控代码的模式;

在Coterx-A处理器的8 种基本工作模式中，有6种异常处理模式：FIQ、IRQ、SVC、Abort、Undef、Monitor。ARM Core中定义了七种异常源，和其中的五种异常处理模式相对应。

简单介绍完异常源和工作模式后，就分析一下异常处理流程。

我们先想一下现实生活中遇到的类似情况，看看我们是怎么处理的。假如我们现在正在听歌，突然门铃响了，我们怎么办呢?首先把歌暂停一下，也就是保存当前正在播放的状态。然后去开门看看是谁，忙完了，继续回来听歌。总结一下：突然情况发生时，保存当前状态，去处理突发事件，完成后，恢复保存的状态，继续进行。

而在ARM内核规定的异常处理流程也采用了类似的流程。

当异常产生时, ARM core:

拷贝 CPSR 到 SPSR_

设置适当的 CPSR 位：

改变处理器状态进入ARM态

改变处理器模式进入相应的异常模式

设置中断禁止位禁止相应中断 (如果需要)

保存返回地址到 LR_

设置 PC 为相应的异常向量

返回时, 异常处理需要:

从 SPSR_恢复CPSR

从LR_恢复PC

以上所有的操作都是在ARM态下进行的。大家看看这个流程是否符合我们从实际生活中所总结的流程。

异常发生时，ARM Core自动保存CPSR->SPSR(对应的异常模式下的SPSR寄存器)、保存返回地址->LR(对应的异常模式下的LR寄存器)，这些操作都是为了保存现场，以便将来返回。而设置CPSR则是为了处理异常。保存的返回地址则是异常发生前正在执行指令的下一条指令的地址，即此时的(pc-4)。

处理完成时，我们自己需要恢复CPSR、PC则是为了继续执行异常发生前的指令。

而ARM汇编中的跳转指令的执行也才用了同样的流程。大家有兴趣的话，可以自己编写代码调试，观察现象。