14.1 中斷體系

• ARM 體系的CPU 有 7 種工作模式

• 用戶模式（usr）：ARM 處理器正常的程序執(zhí)行狀態(tài)

• 快速中斷模式（fiq）：用于高速數(shù)據(jù)傳輸或通道處理

• 中斷模式（irq）：用戶通用的中斷處理　　

• 管理模式（svc）：操作系統(tǒng)使用的保護(hù)模式

• 數(shù)據(jù)訪問終止模式（abt）：當(dāng)數(shù)據(jù)或指令預(yù)取終止時(shí)進(jìn)入該模式，可用于虛擬存儲(chǔ)及存儲(chǔ)保護(hù)

• 系統(tǒng)模式（sys）：運(yùn)行具有特權(quán)的操作系統(tǒng)任務(wù)

• 未定義指令中止模式（und）：當(dāng)未定義的指令執(zhí)行時(shí)進(jìn)入該模式，可用于支持硬件協(xié)處理器的軟件仿真

　　可通過軟件來進(jìn)行模式切換，或者發(fā)生各類中斷、異常時(shí)CPU自動(dòng)進(jìn)入相應(yīng)的模式。除用戶模式外，其他6種工作模式都屬于特權(quán)模式，

• ARM體系的CPU有以下兩種工作狀態(tài)

• ARM 狀態(tài)：此時(shí)處理器執(zhí)行 32 位的字對(duì)齊的 ARM 指令

• Thumb 狀態(tài)：此時(shí)處理器執(zhí)行 16 位的、半字對(duì)齊的  Thumb  指令　　

　　ARM920T 有 31 個(gè)通用的 32 位寄存器和 6 個(gè)程序狀態(tài)寄存器。這37個(gè)寄存器分位7組，進(jìn)入某個(gè)工作模式就使用哪組寄存器。在ARM狀態(tài)下，每種工作模式都有16個(gè)通用寄存器和1個(gè)（或2個(gè)，取決于工作模式）程序寄存器。如下圖：

14.1.1 CPSR 寄存器

CPSR 寄存器稱為 當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器

（1）條件碼標(biāo)志

  　　N、Z、C、V均為條件碼標(biāo)志位。它們的內(nèi)容可被算術(shù)或邏輯運(yùn)算的結(jié)果所改變，并且可以決定某條指令是否被執(zhí)行。條件碼標(biāo)志各位的具體含義如下表所示：

　　在ARM狀態(tài)下，絕大多數(shù)的指令都是有條件執(zhí)行的；在THUMB狀態(tài)下，僅有分支指令是條件執(zhí)行的。

（2） 控制位

  　　CPSR的低8位（包括I、F、T和M[4：0]）稱為控制位，當(dāng)發(fā)生異常時(shí)這些位可以被改變。如果處理器運(yùn)行于特權(quán)模式時(shí)，這些位也可以由程序修改。

•   中斷禁止位I、F：置1時(shí)，禁止IRQ中斷和FIQ中斷。

•   T標(biāo)志位：該位反映處理器的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)該位為1時(shí)，程序運(yùn)行于THUMB狀態(tài)，否則運(yùn)行于ARM狀態(tài)。該信號(hào)反映在外部引腳TBIT上。在程序中不得修改CPSR中的TBIT位，否則處理器工作狀態(tài)不能確定。

•   運(yùn)行模式位M[4：0]：這幾位是模式位，這些位決定了處理器的運(yùn)行模式。具體含義如下表所示：

•   保留位：CPSR中的其余位為保留位，當(dāng)改變CPSR中的條件碼標(biāo)志位或者控制位時(shí)，保留位不要改變，在程序中也不要用保留位存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。保留位將用于ARM版本的擴(kuò)展。

14.1.2 SPSR---程序狀態(tài)保存寄存器

　　當(dāng)切換進(jìn)入其他模式時(shí)候，在SPSR種保存前一個(gè)工作模式的 CPSR 的值，當(dāng)返回前一個(gè)工作模式時(shí)，可以將 SPSR 的值恢復(fù)到 CPSR中。

　　當(dāng)一個(gè)異常發(fā)生時(shí)，將切換進(jìn)入相應(yīng)的工作模式，這時(shí)，CPU 核將自動(dòng)完成如下事情：

1. 在異常工作模式的連接寄存器 R14 中保存前一個(gè)工作模式的下一條，即將執(zhí)行的指令的地址。對(duì)于ARM狀態(tài)，這個(gè)值是當(dāng)前PC值加4或加8

2. 將CPSR 的值復(fù)制到異常模式的 SPSR

3. 將 CPSR 的工作模式位設(shè)為這個(gè)異常對(duì)應(yīng)的工作模式

4. 令 PC 值等于這個(gè)異常模式在異常向量表中的地址，即跳轉(zhuǎn)去執(zhí)行異常向量表中的相應(yīng)指令。

　　從異常工作模式退出回到之前的工作模式時(shí)，需要通過軟件完成如下事情：

1. 前面進(jìn)入異常工作模式時(shí)，連接寄存器中保存了前一工作模式的一個(gè)指令地址，將它減去一個(gè)適當(dāng)?shù)闹岛筚x值給 PC 寄存器

2. 將 SPSR 的值復(fù)制給 CPSR

14.2 S3C2440 中斷控制器

　　CPU 運(yùn)行過程中通過兩種方法知道各類外設(shè)發(fā)生了某些不預(yù)期的事件：

1. 查詢方式：程序循環(huán)地查詢各設(shè)備的狀態(tài)并作出相應(yīng)反應(yīng)。

2. 中斷方式：當(dāng)某事件發(fā)生時(shí)，硬件會(huì)設(shè)備某個(gè)寄存器；CPU 在每執(zhí)行完一個(gè)指令時(shí)，通過硬件查看這個(gè)寄存器，如果發(fā)現(xiàn)所關(guān)注的事件發(fā)生了，則中斷當(dāng)前程序流程，跳轉(zhuǎn)到一個(gè)固定的物理地址處理這事件，最后返回繼續(xù)執(zhí)行被中斷的程序。

　　中斷處理過程：

1. 中斷控制器匯集各類外設(shè)發(fā)出的中斷信號(hào)，然后告訴 CPU

2. CPU 保存當(dāng)前程序的運(yùn)行環(huán)境（各個(gè)寄存器等），調(diào)用中斷服務(wù)程序（ISR，Interrupt Service Routine）來處理這些中斷

3. 在 ISR 中通過讀取中斷控制器、外設(shè)的相關(guān)寄存器來識(shí)別這是哪個(gè)中斷，并進(jìn)行相應(yīng)的處理

4. 清除中斷：通過讀寫中斷控制器和外設(shè)的相關(guān)寄存器來實(shí)現(xiàn)

5. 最后恢復(fù)被中斷程序的運(yùn)行環(huán)境（即上面保存的各個(gè)寄存器等），繼續(xù)執(zhí)行

　　2440 的中斷處理框圖如下：

1. Request sources(without sub-register) 中的中斷源被觸發(fā)后，SRCPND 寄存器中相應(yīng)位被只1，如果此時(shí)中斷沒有被 INTMSK 寄存器屏蔽或者快速中斷(FIQ)的話，它將被進(jìn)一步處理

2. Request sources(with sub-register) 中的中斷源被觸發(fā)后，SUBSRCPND 寄存器中的相應(yīng)位被置1，如果此中斷沒有被 INTSUBMSK 寄存器屏蔽的話，它在 SRCPND 寄存器中的相應(yīng)位也被置 1 ，之后的處理過程與 上面 1 相同

3. 在 SRCPND 寄存器中，被觸發(fā)的中斷的相應(yīng)位被置1，等待處理，如果被觸發(fā)的中斷中有快速中斷（FIQ）——MODE（INTMOD 寄存器）中為1的位對(duì)應(yīng)的中斷是 FIQ，則CPU進(jìn)入快速中斷模式(FIQ Mode)進(jìn)行處理

4. 對(duì)于一般中斷IRQ，可能同時(shí)有幾個(gè)中斷被觸發(fā)，未被 INTMSK 寄存器屏蔽的中斷經(jīng)過比較后，選出優(yōu)先級(jí)最后的中斷，此中斷在 INTPND 寄存器中的相應(yīng)位被置1，然后CPU進(jìn)入中斷模式（IRQ Mode）進(jìn)行處理。中斷服務(wù)程序可以通過讀取 INTPND 寄存器或者 INTOFFSET 寄存器來確定中斷源　　

 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熄滅

14             GPFDAT &= ~(1<<4);      // LED1點(diǎn)亮

15             break;

16         }

17         

18         // S3被按下

19         case 2:

20         {   

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

22             GPFDAT &= ~(1<<5);      // LED2點(diǎn)亮

23             break;

24         }

25 

26         // K4被按下

27         case 5:

28         {   

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

30             GPFDAT &= ~(1<<6);      // LED4點(diǎn)亮                

31             break;

32         }

33 

34         default:

35             break;

36     }

37 

38     //清中斷

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，設(shè)置中斷模式、管理模式的棧，設(shè)置好中斷處理函數(shù)

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