一、ARM异常机制介绍
ARM9处理器有7种工作模式。分别是 用户模式(usr)：ARM处理器正常的程序执行状态。 快速中断模式(fiq)：用于高速数据传输或通道处理。 外部中断模式(irq)：用于通用的中断处理。 管理模式(svc)：操作系统使用的保护模式。 数据访问终止模式(abt)：当数据或指令预取终止时进入该模式。 系统模式(sys)：运行具有特权的操作系统任务。 未定义指令中止模式(und)：当未定义的指令执行时进入该模式。 每种模式通过5位二进制编码进行标示： 用户模式 快速中断模式 外部中断模式 管理模式 数据访问终止模式 未定义指令中止模式 系统模式 10000 10001 10010 10011 10111 11011 11111 模式编码存放在CPSR（程序当前状态寄存器）中的[4:0]。 快速中断模式、外部中断模式、数据访问终止模式、未定义指令中止模式、管理模式称为异常模式。 异常类型 复位 未定义指令 软件中断 指令预取中止 数据中止 IRQ（外部中断请求） FIQ（快速中断请求） 具体含义 当处理器的复位电平有效时，产生复位异常，程序跳转到复位异常处理程序处执行。 遇到不能处理的指令时，产生未定义指令异常。 该异常由执行SWI指令产生，可用于用户模式下的程序调用特权操作指令。可使用该异常机制实现系统功能调用。 若处理器预取指令的地址不存在，或该地址不允许当前指令访问，存储器会向处理器发出中止信号，但当预取的指令被执行时，才会产生指令预取中止异常。 若处理器数据访问指令的地址不存在，或该地址不允许当前指令访问时，产生数据中止异常。 当处理器的外部中断请求引脚有效，且CPSR中的I位为0时，产生IRQ异常。系统的外设可通过该异常请求中断服务。 当处理器的快速中断请求引脚有效，且CPSR中的F位为0时，产生FIQ异常。 当多个异常发生时，处理器根据优先级进行处理。 优先级 1（最高） 2 3 复位 数据中止 FIQ 4 5 6（最低） IRQ 预取指令中止 未定义指令、SWI 异常中断发生时，处理器执行完当前的指令，需要保存当前执行现场，切换到相应的异常模式，并跳转到相应的异常中断处理程序。中断处理完成后，处理器返回现场执行下条指令。
异常处理一般过程如下：
（1）把当前工作模式中的下一条即将运行的指令地址保存到R14中； （2）保存当前CPSR到SPSR（保存程序状态寄存器）； （3）改写CPSR中的工作模式为当前产生异常的工作模式； （4）禁止IRQ（如果进入FIQ则禁止FIQ）； （5）跳转到相应异常向量表入口；
如果是复位异常处理会禁止所有中断，另外由于不用返回，因此不需要作（1）（2）步。以上的异常处理操作都是由处理器自动完成的。
二、异常向量表
Linux内核启动时，向量表的创建过程为：init/main.c->start_kernel()->trap_init()。
trap_init函数位于/arch/$(ARCH)/kernel/traps.c中。trap_init函数中向量表创建的相关代码如下： unsigned long vectors = CONFIG_VECTORS_BASE;
……
memcpy((void *)vectors, __vectors_start, __vectors_end - __vectors_start); memcpy((void *)vectors + 0x200, __stubs_start, __stubs_end - __stubs_start); 其中CONFIG_VECTORS_BASE是向量表的基地址。在ARM V4及V4T以后的大部分处理器中，向量表可以有两个位置：一个是0，另一个是0xffff0000。通过CP15协处理器c1寄存器中V位(bit[13])控制。V和异常向量表的对应关系如下： V=0 ～ 0x00000000~0x0000001C V=1 ～ 0xffff0000~0xffff001C
CONFIG_VECTORS_BASE的值在内核的相关配置文件中定义。比如在/arch/arm/configs/s3c2410_defconfig中CONFIG_VECTORS_BASE=0xffff0000。
异常向量表存放在__vectors_start至__vectors_end定义的空间内。 异常向量表的逻辑结构（8*4个字节）为： 异常类型 复位 未定义指令 软件中断 中止（数据） 保留 IRQ FIQ 工作模式 管理模式 未定义指令中止模式 管理模式 数据访问终止模式 外部中断模式 快速中断模式 地址 0x00000000 0x00000004 0x00000008 0x0000000C 0x00000010 0x00000014 0x00000018 0x0000001C 中止（预取指令） 数据访问终止模式 异常向量表的物理结构位于arch/arm/kernel/entry-armv.S中，如下所示： .globl __vectors_start __vectors_start:
swi SYS_ERROR0:
b vector_und + stubs_offset //复位异常:
ldr pc, .LCvswi + stubs_offset //未定义指令异常: b vector_pabt + stubs_offset //软件中断异常:
b vector_dabt + stubs_offset //数据异常（预取指令中止、数据中止）: b vector_addrexcptn + stubs_offset //保留:
b vector_irq + stubs_offset //普通中断异常: b vector_fiq + stubs_offset //快速中断异常: .globl __vectors_end: __vectors_end:
异常向量表中各种异常对应位置上放置了一条跳转指令，用于指向相应异常的处理程序。__stubs_start至__stubs_end之间是异常处理程序的位置。
stubs_offset的值为：
.equ stubs_offset, __vectors_start + 0x200 - __stubs_start
三、中断处理
中断发生后，处理器执行向量表中的b vector_irq + stubs_offset指令。接着根据进入中断前的具体工作模式，执行irq_handler处理过程。irq_handler处理过程位于/arch/arm/kernel/entry-armv.S中，如下所示： .macro irq_handler ……
1: get_irqnr_and_base r0, r6, r5, lr @判断中断号，通过R0返回 ……
bne asm_do_IRQ @进入中断处理。 …… .endm
中断号的值是在和平台相关的文件中决定的。比如IRQ_EINT0在include/asm/arch-s3c2410/irqs.h中定义。这说明中断号的具体值和硬件中断挂起寄存器中的中断号是不等的。
asm_do_IRQ位于arch/arm/kernel/irq.c，如下所示：
asmlinkage void __exception asm_do_IRQ(unsigned int irq, struct pt_regs *regs) {
struct pt_regs *old_regs = set_irq_regs(regs);
struct irq_desc *desc = irq_desc + irq; //根据中断号找到对应的irq_desc。irq_desc 是外部中断描述符表，用于存储中断的相关信息
……
desc_handle_irq(irq, desc);// 根据中断号和desc进入中断处理 irq_finish(irq); irq_exit();
set_irq_regs(old_regs); }
static inline void desc_handle_irq(unsigned int irq, struct irq_desc *desc) {
desc->handle_irq(irq, desc); //中断处理 }
在include/linux/interrupt.h中定义了irqaction结构体，如下所示： struct irqaction {
irq_handler_t handler; //中断处理函数，注册时提供 unsigned long flags; //中断标志，注册时提供 cpumask_t mask; //中断掩码 const char *name; //中断名称
void *dev_id; //设备id，本文后面部分介绍中断共享时会详细说明这个参数的作用 struct irqaction *next; //如果有中断共享，则继续执行， int irq; //中断号，注册时提供
struct proc_dir_entry *dir; //指向IRQn相关的/proc/irq/n目录的描述符 };
在注册中断号为irq的中断服务程序时，系统会根据注册参数封装相应的irqaction结构体。并把中断号为irq的irqaction结构体写入irq_desc [irq]->action。这样就把设备的中断请求号与该设备的中断服务例程irqaction联系在一起了。当CPU接收到中断请求后，就可以根据中断号通过irq_desc []找到该设备的中断服务程序。
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