异常----中断

天青白_

于 2024-10-10 17:30:03 发布

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异常向量表

异常向量表（Exception Vector Table）是一个存储在内存中的数据结构，用于处理各种类型的异常和中断。在ARM架构中，异常向量表的设计为系统提供了一种机制，以响应硬件和软件异常（如中断、陷阱、错误等）。以下是关于异常向量表的详细介绍：

异常向量表的结构
异常向量表通常包含多个指针，每个指针指向特定异常或中断的处理程序（也称为中断服务例程，ISR）。在ARM架构中，异常向量表通常位于内存的最低地址处（通常是0x00000000），并根据不同的异常类型组织。
异常类型
ARM架构定义了几种主要的异常类型，每种异常都有其对应的向量：

1.重置（Reset）：系统重启时的异常。
2.未定义指令（Undefined Instruction）：遇到无法识别的指令时的异常。
3.软中断（SWI, Software Interrupt）：软件产生的中断，通常用于系统调用。
4.预取异常（Prefetch Abort）：指令预取失败时的异常。
5.数据异常（Data Abort）：数据访问失败时的异常。
6.中断（IRQ, Interrupt Request）：外部硬件产生的中断。
7.快速中断（FIQ, Fast Interrupt Request）：优先级更高的外部中断。
8.监控（SVC, Supervisor Call）：用于管理系统资源的特权调用。

异常向量表的内容
每个异常向量通常指向异常处理程序的入口地址。以下是ARM架构中异常向量表的一个示例布局（通常在0x00000000开始）：
| 向量偏移地址 | 异常类型 | 处理程序地址 |
| -------------- | ----------------------- | ---------------------- |
| 0x00000000 | 重置（Reset） | Reset_Handler |
| 0x00000004 | 未定义指令（Undefined）| Undefined_Handler |
| 0x00000008 | 软中断（SWI） | Swi_Handler |
| 0x0000000C | 预取异常（Prefetch Abort） | PrefetchAbort_Handler |
| 0x00000010 | 数据异常（Data Abort） | DataAbort_Handler |
| 0x00000014 | 中断（IRQ） | IRQ_Handler |
| 0x00000018 | 快速中断（FIQ） | FIQ_Handler |
| 0x0000001C | 监控（SVC） | SVC_Handler |

4. 异常处理流程

当异常发生时，处理器会：

9.保存当前执行状态，包括程序计数器（PC）和程序状态寄存器（PSR）。
10.根据异常类型查找异常向量表，找到对应的处理程序地址。
11.跳转到异常处理程序执行相关的处理逻辑。
12.处理完成后，恢复之前的执行状态，继续执行被中断的程序。

使用异常向量表的优点

13.快速响应：通过集中管理所有异常的入口地址，可以快速响应各种异常情况。
14.模块化设计：将异常处理程序与正常程序分离，有助于代码的模块化和可维护性。
15.灵活性：允许开发者自定义异常处理程序，以实现特定的错误处理逻辑。

ARM Cortex-M系列的异常向量表
在ARM Cortex-M系列微控制器中，异常向量表的位置和使用方式稍有不同，通常位于内存的固定地址，且向量表的内容可以通过编程方式进行修改。这使得开发者可以更灵活地控制异常处理。
总结
异常向量表是处理系统异常和中断的重要机制，通过组织和管理不同异常的处理程序，确保系统的稳定性和响应能力。在嵌入式系统和操作系统开发中，理解和正确使用异常向量表是非常重要的。

中断

中断（Interrupt）是计算机系统中用于处理异步事件的一种机制。它允许程序在执行过程中被外部或内部事件打断，从而及时响应这些事件。中断可以提高系统的效率和响应能力，特别是在需要处理实时任务的场景中。以下是关于中断的详细介绍：

中断的类型
中断主要分为以下几类：
1.1. 硬件中断
硬件中断是由外部设备（如键盘、鼠标、网络适配器等）发出的信号。它们用于通知处理器有事件发生，需要立即处理。例如，当用户按下键盘时，键盘控制器会生成一个中断信号，通知CPU读取输入。
1.2. 软件中断
软件中断是由程序中的指令（如系统调用或异常处理）触发的。程序可以通过执行特定指令（如ARM架构中的SWI指令）来请求操作系统提供的服务或功能。
1.3. 定时器中断
定时器中断由系统的定时器设备产生，用于实现时间管理、任务调度等功能。操作系统通常利用定时器中断来进行任务的切换和调度。
中断的工作原理
中断的工作过程一般包括以下几个步骤：

1.中断请求：外部设备或内部程序生成中断请求信号，通知CPU需要处理中断。
2.中断响应：CPU在完成当前指令后，检查是否有中断请求。如果有，它会暂停当前执行的任务。
3.保存上下文：CPU保存当前程序的状态（上下文），包括程序计数器（PC）和寄存器状态，以便中断处理完成后能够恢复。
4.中断向量查找：CPU查找中断向量表，获取对应中断处理程序的地址。
5.执行中断处理程序：CPU跳转到中断处理程序执行相关逻辑。
6.恢复上下文：中断处理完成后，CPU恢复之前保存的上下文，继续执行被中断的程序。

中断向量表
中断向量表（Interrupt Vector Table）是一个存储中断处理程序地址的数据结构。每个中断类型都有一个对应的处理程序入口地址，CPU在处理中断时会根据中断类型查找该表。
中断的优先级
在系统中，可能会同时发生多个中断，因此中断通常具有优先级。优先级高的中断可以打断优先级低的中断处理。处理器会根据中断的优先级决定处理顺序。
中断的管理
中断的管理包括以下几个方面：

7.中断使能/禁用：可以通过设置控制寄存器来使能或禁用特定的中断，以避免中断干扰关键的操作。
8.中断屏蔽：系统可以根据需要屏蔽某些中断，以确保高优先级的任务得到及时处理。
9.中断重入：在某些情况下，中断处理程序可以被再次打断，这种情况称为重入。设计重入中断处理程序时，需要注意数据的保护和状态的一致性。