【嵌入式开发】ARM 异常向量表 ( 异常概念 | 异常处理流程 | 异常向量 | 汇编代码 )

一. 异常向量表

1. 异常相关概念

(1) 异常

(2) 异常类型简介

2. 异常处理

(1) 异常处理

二. 异常向量表代码编写

1. 初始化异常向量表模块代码

2. 链接器脚本

3. Makefile 编译脚本

4. 编译输出可执行文件

本博客的参考文章及相关资料下载 :

1.ARM 架构参考手册 ( ARM Architecture Reference Manual ) :

https://download.csdn.net/download/han1202012/8324641

2.汇编参考手册 :

https://download.csdn.net/download/han1202012/8328375

3.本博客代码下载 :

https://download.csdn.net/download/han1202012/10392901

一. 异常向量表

参考手册 :

1.异常向量表手册位置

:

ARM Architecture Reference Manual A2.6

;

2.ARM Architecture Reference Manual 文档-

:

http://download.csdn.net/detail/han1202012/8324641

;

1. 异常相关概念

(1) 异常

异常定义 :

1.异常简介 : 由于

内部或者外部的一些事件

, 导致

处理器停下正在处理的工作, 转而去处理这些发生的事

;

2.处理器状态 : 当遇到异常的时候, 先将

处理器状态保存起来

, 以便执行完异常处理程序后, 可以

恢复处理器状态, 继续执行异常出现点下面的代码

;

3.异常同时出现 : 在

一个时间点 可以出现 多个异常

;

4.异常向量概念 :

当异常发生的时候, 程序被强行从一个固定的内存地址执行,

每个种类的异常都有对应的一固定内存地址

, 这个内存地址就是异常向量

;

(2) 异常类型简介

异常类型 : ARM 架构 支持 七种类型的异常,

1.Reset : 处理器在工作时, 突然

按下重启键, 就会触发该异常

;

2.Undefined instructions : 处理器

无法识别指令的异常

, 处理器执行的指令是有规范的, 如果 尝试执行 不符合要求的指令, 就会进入到该异常指令对应的地址中;

3.Software interrupt (SWI) :

软中断

, 软件中需要去打断处理器工作, 可以使用软中断来执行 ;

4.Prefetch Abort (instruction fetch memory abort) :

预取指令失败

, ARM 在执行指令的过程中, 要先去预取指令准备执行, 如果预取指令失败, 就会产生该异常;

5.Data Abort (data access memory abort) :

读取数据失败

;

6.IRQ (interrupt) :

普通中断

;

7.FIQ (fast interrupt) :

快速中断

, 快速中断要比普通中断响应速度要快一些;

2. 异常处理

(1) 异常处理

异常处理简介 :

1.异常向量工作机制 : 异常发生时, ARM 处理器会

跳转到对应该异常的 固定地址 去执行异常处理程序

, 这个

固定的地址

就是异常向量;

2.默认地址 和 高位地址 : 每个中断类型对应两个异常向量, 默认是

Normal address

, 如果经过配置, 配置使用高位的异常向量, 就会使用

High vector address

异常向量; 使用 普通 向量 还是 高位向量, 可以使用 CP15 协处理器进行配置;

3.异常 与 地址 一一对应 : 每个异常都

对应着一个地址

, 出现指定类型的异常时, 就会跳转到该异常对应的地址执行异常处理程序;

4.注意异常向量断点 ( 保留位 ) :

普通向量 ( Normal Vector ) 地址 0x00000014

和

高位向量 ( High Vector ) 地址 0xFFFF0014

暂时没有使用, 为今后的扩展保留;

二. 异常向量表代码编写

1. 初始化异常向量表模块代码

Start.S 汇编程序解析 :

1.汇编参考文章 : https://blog.csdn.net/shulianghan/article/details/42408137 ;

2.汇编参考手册- : https://download.csdn.net/download/han1202012/8328375

3.指明汇编代码段 : 使用 .text 宏 指明汇编代码段;

4.标明程序入口标号 : 先使用 .global _start

将 _start 声明成全局符号

; 使用 _start:

标明程序的入口标号是 _start

;

5.定义标号( 类似于函数名 ) : 定义自定义标号, 格式 标号:, 例如 irq:;

( 1 ) 定义标号执行的指令 :

标号下面定义要执行的指令

,

如果想要执行标号下面的指令, 直接跳转到对应标号即可

;

( 2 ) 异常执行的代码内容 : 在下面代码的 27 ~ 49 行就是

定义了 7 个异常执行操作的 标号

以及要执行的指令 nop; 这些都是

异常发生的时候要处理的代码

;

( 3 ) 代码示例 : 下面代码定义了一个 irq 标号, 跳转到该标号即开始执行标号下的代码 nop, irq : nop;

6.空操作 : 如果在某个位置执行指令, 不想做任何操作, 可以使用 nop 表示

什么操作都不执行

;

7.定义标号 ( 类似于变量 ) : 定义一个标号, 在标号中存放 32 位的值, 定义格式 标号: .word 存储值的内容;

( 1 ) 示例 : _irq: .word irq, 定义 _irq 标号, .word 表示该标号存储的是 32 位值, 这个值的大小就是 irq 地址;

8.分支指令 : 当异常发生的时候, 需要跳转到对应的异常处理指令中;

( 1 ) 分支指令语法格式 : b{条件} 地址, 如果

①满足条件, 就跳转到 地址 位置

, 如果

②不满足条件, 就执行下面的语句

,

③如果没有条件, 就是 100% 执行

;

( 2 ) 代码示例 : b reset, 异常发生时, 直接跳转到 reset 标号处执行代码;

9.装载指令 :

( 1 ) 装载指令语法格式 : ldr 寄存器, 地址, 将 地址 中存放的数据 装载 到 寄存器中;

( 2 ) 代码示例 :

a.定义标号 ( 函数 ) :

定义要执行的指令的标号

irq , 即跳转到该标号处, 就开始执行标号下面的指令, irq : nop ;

b.定义标号 ( 变量 ) : 定义一个标号 _irq , 用于

存放一个 32 位的值

, 这里用于存放 上面 定义的标号 地址, _irq .word irq

c.装载地址到 pc 寄存器 : ldr pc, _irq, 将 _irq 标号中存放的值, 这个值是 irq 标号的地址, 就是

跳转到该地址去执行指令

;

10.完整汇编代码示例 :

@**************************** @File:start.S @ @异常处理框架 @**************************** .text @ 宏 指明代码段 .global _start @ 伪指令声明全局开始符号 _start: @ 程序入口标志 b reset @ reset 复位异常 ldr pc, _undefined_instruction @ 未定义异常, 将 _undefined_instruction 值装载到 pc 指针中 ldr pc, _software_interrupt @ 软中断异常 ldr pc, _prefetch_abort @ 预取指令异常 ldr pc, _data_abort @ 数据读取异常 ldr pc, _not_used @ 占用 0x00000014 地址 ldr pc, _irq @ 普通中断异常 ldr pc, _fiq @ 软中断异常 _undefined_instruction: .word undefined_instruction @ _undefined_instruction 标号存放了一个值, 该值是 32 位地址 undefined_instruction, undefined_instruction 是一个地址 _software_interrupt: .word software_interrupt @ 软中断异常 _prefetch_abort: .word prefetch_abort @ 预取指令异常 处理 _data_abort: .word data_abort @ 数据读取异常 _not_used: .word not_used @ 空位处理 _irq: .word irq @ 普通中断处理 _fiq: .word fiq @ 快速中断处理 undefined_instruction: @ undefined_instruction 地址存放要执行的内容 nop software_interrupt: @ software_interrupt 地址存放要执行的内容 nop prefetch_abort: @ prefetch_abort 地址存放要执行的内容 nop data_abort: @ data_abort 地址存放要执行的内容 nop not_used: @ not_used 地址存放要执行的内容 nop irq: @ irq 地址存放要执行的内容 nop fiq: @ fiq 地址存放要执行的内容 nop reset: @ reset 地址存放要执行的内容 nop

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2. 链接器脚本

gboot.lds 链接器脚本 代码解析 :

1.指明输出格式 ( 处理器架构 ) : 使用 OUTPUT_ARCH(架构名称) 指明

输出格式, 即处理器的架构

, 这里是 arm 架构的, OUTPUT_ARCH(arm) ;

2.指明输出程序的入口 : 设置编译输出的程序入口位置, 语法为 ENTRY(入口位置), 在上面的 Start.S 中设置的程序入口是 _start, 代码为 ENTRY(_start) ;

3.设置代码段 : 使用 .text : 设置代码段;

4.设置数据段 : 使用 .data : 设置数据段;

5.设置 BSS 段 : 使用 .bss : 设置 BSS 段;

( 1 ) 记录 BSS 段的起始地址 : bss_start = .; ;

( 2 ) 记录 BSS 段的结束地址 : bss_end = .; ;

6.对齐 : 每个段都需要设置内存的对齐格式, 使用 . = ALIGN(4); 设置四字节对齐即可;

7.代码示例 :

OUTPUT_ARCH(arm) /*指明处理器结构*/ ENTRY(_start) /*指明程序入口 在 _start 标号处*/ SECTIONS { . = 0x50008000; /*整个程序链接的起始位置, 根据开发板确定, 不同开发板地址不一致*/ . = ALIGN(4); /*对齐处理, 每段开始之前进行 4 字节对齐*/ .text : /*代码段*/ { start.o (.text) /*start.S 转化来的代码段*/ *(.text) /*其它代码段*/ } . = ALIGN(4); /*对齐处理, 每段开始之前进行 4 字节对齐*/ .data : /*数据段*/ { *(.data) } . = ALIGN(4); /*对齐处理, 每段开始之前进行 4 字节对齐*/ bss_start = .; /*记录 bss 段起始位置*/ .bss : /*bss 段*/ { *(.bss) } bss_end = .; /*记录 bss 段结束位置*/ }

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3. Makefile 编译脚本

makefile 文件编写 :

1.通用规则 ( 汇编文件编译规则 ) :

汇编文件 编译 成同名的 .o 文件

, 文件名称相同, 后缀不同, %.o : %.S, 产生过程是 arm-linux-gcc -g -c $^ , 其中 ^ 标识是所有的依赖文件, 在该规则下 start.S 会被变异成 start.o ;

2.通用规则 ( C 文件编译规则 ) : C 代码编译成同名的 .o 文件, %.o : %.c , 产生过程是 arm-linux-gcc -g -c $^ ;

3.设置最终目标 : 使用 all: 设置最终编译目标;

( 1 ) 依赖文件 :

产生最终目标需要依赖 start.o 文件

, 使用 all: start.o 表示最终目标需要依赖该文件;

( 2 ) 链接过程 : arm-linux-ld -Tgboot.lds -o gboot.elf $^, 需要使用链接器脚本进行连接,

①链接工具是 arm-linux-ld 工具

,

②使用 -Tgboot.lds 设置链接器脚本 是刚写的 gboot.lds 链接器脚本

,

③输出文件是 gboot.elf 这是个中间文件

,

④ 依赖文件是 $^ 代表所有的依赖

;

( 3 ) 转换成可执行二进制文件 : arm-linux-objcopy -O binary gboot.elf gboot.bin, 使用 -O binary 设置输出二进制文件, 依赖文件是 gboot.elf, 输出的可执行二进制文件 即 结果是 gboot.bin ;

4.makefile 文件内容 :

all: start.o #依赖于 start.o arm-linux-ld -Tgboot.lds -o gboot.elf $^ #使用链接器脚本, 将 start.o 转为 gboot.elf arm-linux-objcopy -O binary gboot.elf gboot.bin #将 gboot.elf 转化为可以直接在板子上执行的 gboot.bin 文件 %.o : %.S #通用规则, 如 start.o 是由 start.S 编译来的, -c 是只编译不链接 arm-linux-gcc -g -c $^ %.o : %.c #通用规则, 如 start.o 是由 start.c 编译来的, -c 是只编译不链接 arm-linux-gcc -g -c $^ .PHONY: clean clean: #清除编译信息 rm *.o *.elf *.bin

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4. 编译输出可执行文件

编译过程 :

1.文件准备 : 将 汇编代码 ( start.S ) 链接器脚本 ( gboot.lds ) makefile 文件 拷贝到编译目录 ;

2.执行编译命令 : make ;

3.编译结果 : 可以看到 生成了 编译目标文件 start.o, 链接文件 gboot.elf, 可执行的二进制文件 gboot.bin ;

本博客的参考文章及相关资料下载 :

1.ARM 架构参考手册 ( ARM Architecture Reference Manual ) :

https://download.csdn.net/download/han1202012/8324641

2.汇编参考手册 :

https://download.csdn.net/download/han1202012/8328375

3.本博客代码下载 :

https://download.csdn.net/download/han1202012/10392901

ARM 嵌入式 汇编语言

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