在嵌入式 OS 的设计与实现中， SVC（请求管理调用）和 PendSV（可挂起的系统调用）异常非常重要，今天我们先来看一下 SVC 异常。根据之前的文章，我们已经知道 SVC 的异常编号为 11，其优先级也是可编程的。
SVC 异常由 SVC 指令触发，尽管可以利用 NVIC 寄存器的写入操作来触发一个中断（如软件触发寄存器 NVIC->STIR）,但其实际行为可能会略有不同：即中断是不准确的。这意味着在设置挂起状态后到中断实际产生前可能会执行多条指令。换句话说，SVC 是精准的。SVC 处理必须在 SVC 指令后执行，除非同时有另一个更高优先级的中断出现。
在许多系统中，SVC 机制可以作为一个 API ，用于实现让应用任务能够访问系统资源，如下图所示：
对于需要高可靠性的系统，应用任务可以运行在非特权访问等级，同时一些硬件资源可被设置为只支持特权访问（利用 MPU），此时应用任务只能通过 OS 提供的服务来访问这些受保护的资源。按照这种方式，由于应用任务无法获得关键硬件的访问权限，嵌入式系统就更加健壮和安全。
在一些情况下这也会使得应用任务的编程更简单，因为有了 OS 提供的服务后，应用任务就无需了解依赖于硬件的编程细节。
由于应用任务无需了解 OS 服务函数的确切地址，因此有了 SVC，这使得应用任务可以独立于 OS 来进行开发。应用任务只需知道 SVC 的服务编号以及 OS 服务所需的参数，实际的硬件级编程则由设备驱动来处理，正如上图所示的那样。
SVC 异常由 SVC 指令产生，该指令需要一个立即数，这也是参数传递的一种方式。SVC 异常处理可以提取出参数并确定它所要执行的动作。如：
SVC #0x3 ; 调用 SVC 服务 3
ARM 工具链中的传统 SVC 语法也是可以使用的（没有“#”）：
SVC 0x3 ; 调用 SVC 服务 3
对于 ARM 工具链的 C 语言编程（KEIL MDK 和 ARM Development Studio 5）， SVC 可由 _svc 函数生成。对于 gcc 和其他的一些工具链，它可以由内联汇编产生。
在执行 SVC 处理时，可以在读取压栈的程序计数器（PC）数值后从该地址读出指令并屏蔽掉不需要的位，以确定 SVC 指令中的立即数。不过，执行 SVC 的程序可以使用主栈也可以使用进程栈。因此，在提取压栈的 PC 数值前，需要确定压栈过程中使用的是哪个栈，此时可以查看进入异常处理时链接寄存器的数值（这里涉及到 EXC_RETURN 的相关知识点），如下图所示：
对于汇编编程，可以确定实际使用的栈，并利用下面的代码提取出 SVC 服务编号：
SVC_Handler
TST LR, #4 ; 测试 EXC_RETURN 的第 2 位
ITE EQ
MRSEQ R0, MSP ; 若为 0, 压栈使用 MSP, 复制到 R0
MRSNE R0, PSP ; 若为 1, 压栈使用 PSP, 复制到 R0
LDR R0, [R0, #24] ; 从栈帧中得到压栈的 PC
; (压栈的 PC = SVC 后指令的地址)
LDRB R0, [R0, #-2] ; 读取 SVC 指令的第一个字节
; 现在 SVC 编号位于 R0
...
对于 C 编程环境，需要将 SVC 处理分为两个部分：
-
第一部分提取栈帧的起始地址，并将其作为输入参数传递给第二部分。该处理要用汇编实现，这是因为需要检查 LR 的数值（EXC_RETURN），而无法用 C 实现。
-
第二部分从栈帧中提取压栈的 PC 数值，然后从程序代码中得到 SVC 编号。它还可以提取出压栈的寄存器数值等其他信息。
假设正在使用 KEIL MDK-ARM 工具链，则可以按下方代码创建第一部分的处理：
__asm void SVC_Handler(void)
{
TST LR, #4 ; 测试 EXC_RETURN 的第 2 位
ITE EQ
MRSEQ R0, MSP ; 若为 0, 压栈使用 MSP, 复制到 R0
MRSNE R0, PSP ; 若为 1, 压栈使用 MSP, 复制到 R0
B __cpp(SVC_Handler_C)
ALIGN 4
}
SVC_Handler 为 CMSIS-Core 中的标准函数名，在得到栈帧的起始地址后，它会传递给 SVC 处理中的 C 程序部分 “SVC_Handler_C”。
void SVC_Handler_C(unsigned int * svc_args)
{
uint8_t svc_number;
uint32_t stacked_r0, stacked_r1, stacked_r2, stacked_r3;
svc_number = ((char *) svc_args[6])[-2]; //内存[(压栈的 PC)-2]
stacked_r0 = svc_args[0];
stacked_r1 = svc_args[1];
stacked_r2 = svc_args[2];
stacked_r3 = svc_args[3];
// ... 其他处理
...
// 返回结果 (如前两个参数相加)
svc_args[0] = stacked_r0 + stacked_r1;
return;
}
传递栈帧地址的好处在于，C 处理函数可以提取栈帧中的任何信息，包括压入栈寄存器值。若要将参数传递给 SVC 服务并获得 SVC 服务的返回值，那么这一点是非常重要的。由于异常处理实际可以为普通的 C 函数，若调用了 SVC 服务，且同时产生了更高优先级的中断，则更高优先级的 ISR 会先执行，但这样就会修改 R0~R3 以及 R12 等数值。为了确保 SVC 处理能够得到正确的参数，就需要从栈帧中获取到参数值。
若 SVC 服务需要返回一个数值，则需要利用栈帧进行数值的返回。否则，存储在寄存器组中的返回值会在异常返回过程中被出栈操作覆盖。传递参数且返回数值的一个 SVC 服务示例代码如下：
SVC #0x3 ; 调用 SVC 服务 3
SVC 0x3 ; 调用 SVC 服务 3
SVC_Handler
TST LR, #4 ; 测试 EXC_RETURN 的第 2 位
ITE EQ
MRSEQ R0, MSP ; 若为 0, 压栈使用 MSP, 复制到 R0
MRSNE R0, PSP ; 若为 1, 压栈使用 PSP, 复制到 R0
LDR R0, [R0, #24] ; 从栈帧中得到压栈的 PC
; (压栈的 PC = SVC 后的指令)
LDRB R0, [R0, #-2] ; 读取 SVC 指令的第一个字节
; SVC 编号目前位于 R0
...
__asm void SVC_Handler(void)
{
TST LR, #4 ; 测试 EXC_RETURN 的第 2 位
ITE EQ
MRSEQ R0, MSP ; 若为 0, 压栈使用 MSP, 复制到 R0
MRSNE R0, PSP ; 若为 1, 压栈使用 MSP, 复制到 R0
B __cpp(SVC_Handler_C)
ALIGN 4
}
void SVC_Handler_C(unsigned int * svc_args)
{
uint8_t svc_number;
uint32_t stacked_r0, stacked_r1, stacked_r2, stacked_r3;
svc_number = ((char *) svc_args[6])[-2]; //内存[(压栈的 PC)-2]
stacked_r0 = svc_args[0];
stacked_r1 = svc_args[1];
stacked_r2 = svc_args[2];
stacked_r3 = svc_args[3];
// ... 其他处理
...
// 返回结果 (如前两个参数相加)
svc_args[0] = stacked_r0 + stacked_r1;
return;
}
/--------------------------------------------------------------------/
/* SVC 服务示例， 具有参数传递和返回值 - 基于 Keil MDK-ARM */
#include <stdio.h>
// 定义 SVC 函数
int __svc(0x00) svc_service_add(int x, int y); // 服务 #0 : 加法
int __svc(0x01) svc_service_sub(int x, int y); // 服务 #1 : 减法
int __svc(0x02) svc_service_incr(int x); // 服务 #2 : 自增
void SVC_Handler_main(unsigned int * svc_args);
// 函数声明
int main(void)
{
int x, y, z;
x = 3; y = 5;
z = svc_service_add(x, y);
printf ("3+5 = %d \n", z);
x = 9; y = 2;
z = svc_service_sub(x, y);
printf ("9-2 = %d \n", z);
x = 3;
z = svc_service_incr(x);
printf ("3++ = %d \n", z);
while(1);
}
// SVC 处理 - 提取栈帧起始地址的汇编包装器
__asm void SVC_Handler(void)
{
TST LR, #4 ; 检查 EXC_RETURN 的第 2 位
ITE EQ
MRSEQ R0, MSP ; 如果为 0, 压栈使用 MSP, 复制到 R0
MRSNE R0, PSP ; 如果为 1, 压栈使用 PSP, 复制到 R0
B
__cpp(SVC_Handler_C)
ALIGN 4
}
// SVC handler - 处理主逻辑
// 输入参数为从汇编包装器中得到的栈帧起始地址
void SVC_Handler_main(unsigned int * svc_args)
{
// 栈帧中包含:
// r0, r1, r2, r3, r12, r14, 返回地址以及 xPSR
// - Stacked R0 = svc_args[0]
// - Stacked R1 = svc_args[1]
// - Stacked R2 = svc_args[2]
// - Stacked R3 = svc_args[3]
// - Stacked R12 = svc_args[4]
// - Stacked LR = svc_args[5]
// - Stacked PC = svc_args[6]
// - Stacked xPSR= svc_args[7]
unsigned int svc_number;
svc_number = ((char *)svc_args[6])[-2];
switch(svc_number)
{
case 0: svc_args[0] = svc_args[0] + svc_args[1];
break;
case 1: svc_args[0] = svc_args[0] - svc_args[1];
break;
case 2: svc_args[0] = svc_args[0] + 1;
break;
default: // 未知的 SVC 请求
break;
}
return;
}
由于异常优先级模型的限制，无法在 SVC 处理内部使用 SVC （因为优先级和当前优先级相同）。非要这么做的话就会导致使用错误异常，并且由于同样的原因，也无法在 NMI 处理或 HardFault 处理中使用 SVC 。
若使用 ARM7TDMI 等传统的 ARM 处理器，则你有可能知道这些处理器中存在一个名为 SWI 的软件中断指令。SVC 的功能与其类似，实际上 SVC 的二进制编码和 SWI 指令一样。在较新的架构中，SWI 已经变成了 SVC。不过由于 ARM7TDMI 和 Cortex-M 的异常模型间存在许多差异，因此两者的 SVC 处理代码也是不同的。
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