1 ARM7TDMI

    談及ARM7TDMI就有必要先了解一下有關(guān)于它的其它知識(shí)：

    ARM（Advanced RISC Machines）是微處理器行業(yè)的一家企業(yè)，設(shè)計(jì)了大量高性能、廉價(jià)、耗能低的RISC處理器、相關(guān)技術(shù)及軟件。技術(shù)具有性能高、成本低和能耗省的特點(diǎn)。適用于多種領(lǐng)域，比如嵌入控制、消費(fèi)/教育類多媒體、DSP和移動(dòng)式應(yīng)用等。

    ARM公司是蘋果、Acorn、VLSI、Technology等公司的合資企業(yè)。ARM將其技術(shù)授權(quán)給世界上許多的半導(dǎo)體、軟件和OEM廠商，每個(gè)廠商得到的ARM公司(6張)都是一套的ARM相關(guān)技術(shù)及服務(wù)。利用這種合伙關(guān)系，ARM很快成為許多性RISC標(biāo)準(zhǔn)的。

    目前，采用 ARM技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)（ IP ）核的微處理器，即我們通常所說(shuō)的 ARM 微處理器，已遍及工業(yè)控制、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無(wú)線系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場(chǎng)，基于 ARM 技術(shù)的微處理器應(yīng)用約占據(jù)了 32 位 RISC 微處理器 75 ％以上的市場(chǎng)份額， ARM 技術(shù)正在逐步滲入到我們生活的各個(gè)方面。

    ARM7系列處理器是英國(guó)ARM公司設(shè)計(jì)的主流嵌入式處理器,內(nèi)核是0.9MIPS/MHz的三級(jí)流水線和馮·諾伊曼結(jié)構(gòu);ARM7TDMI是一款經(jīng)典的通用32位微處理器，采用精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)（RISC）和流水線結(jié)構(gòu)。典型應(yīng)用如GPS、PDA、雙向?qū)ず魴C(jī)、移動(dòng)電話、板卡間高速通信等。

　　ARM7TDMI定義有7種工作模式，本文涉及到的有：用戶模式，程序正常運(yùn)行時(shí)的模式；快中斷模式，處理器響應(yīng)快中斷而進(jìn)入的模式；中斷模式，處理響應(yīng)常規(guī)中斷而進(jìn)入的模式；監(jiān)督模式，操作系統(tǒng)的保護(hù)模式。處理器響應(yīng)軟件中斷時(shí)即進(jìn)入監(jiān)督模式。下面重點(diǎn)介紹ARM7TDMI的中斷特性。主要特性如表1所列。

　　表1 中斷特性表

　　ARM7TDMI具有常規(guī)中斷（IRQ）、快中斷（FIQ）和軟件中斷（SoftWare Interrupt）三種中方式。常規(guī)中斷和快中斷都是硬件中斷。

    快中斷

　　快中斷是為支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸或快速數(shù)據(jù)通道而設(shè)計(jì)的，為快速處理快中斷。

    ①快中斷被設(shè)為中斷優(yōu)先級(jí)；

    ②在快中斷模式增設(shè)了7個(gè)私有工作寄存器，從而避免了由于主工作寄存器數(shù)據(jù)的保存和恢復(fù)而帶來(lái)了額外開銷；

    ③快中斷處理程序處于異常向量表的位置，因此可緊接異常向量表書寫快中斷處理程序，而不必進(jìn)行程序跳轉(zhuǎn)操作，避免了刷新指令流水線和高速緩存。

    軟件中斷　

  　編程異常通常叫做軟中斷，軟中斷是通訊進(jìn)程之間用來(lái)模擬硬中斷的 一種信號(hào)通訊方式，中斷源發(fā)中斷請(qǐng)求或軟中斷信號(hào)后，CPU或接收進(jìn)程在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)自動(dòng)進(jìn)行中斷處理或完成軟中斷信號(hào)對(duì)應(yīng)的功能，軟中斷是軟件實(shí)現(xiàn)的中斷，也就是程序運(yùn)行時(shí)其他程序?qū)λ闹袛?；而硬中斷是硬件?shí)現(xiàn)的中斷，是程序運(yùn)行時(shí)設(shè)備對(duì)它的中斷。

　　①軟中斷發(fā)生的時(shí)間是由程序控制的，而硬中斷發(fā)生的時(shí)間是隨機(jī)的

　?、谲浿袛嗍怯沙绦蛘{(diào)用發(fā)生的，而硬中斷是由外設(shè)引發(fā)的

　?、塾布袛嗵幚沓绦蛞_保它能快速地完成它的任務(wù)，這樣程序執(zhí)行時(shí)才不會(huì)等待較長(zhǎng)時(shí)間

　　2 響應(yīng)中斷和中斷返回

　　（1）當(dāng)中斷產(chǎn)生時(shí)，ARM7TDMI將執(zhí)行的操作

　?、侔旬?dāng)前程序狀態(tài)寄存器（CPSR）的內(nèi)容拷貝到相應(yīng)的備份程序狀態(tài)寄存器（SPSR）。當(dāng)前工作模式、中斷屏蔽位和狀態(tài)標(biāo)志被保存下來(lái)。

　?、谵D(zhuǎn)入相應(yīng)的模式，并關(guān)閉常規(guī)中斷。如響應(yīng)快中斷，則同時(shí)關(guān)閉快中斷。

　　③把程序計(jì)數(shù)器（pc）的值減4后，存入相應(yīng)的連接寄存器（1r）。

　?、軐⒊绦蛴?jì)數(shù)器指向相應(yīng)的中斷向量。

　?。?）由中斷返回時(shí)，ARM7TDMI將完成的操作

　　①將備份程序狀態(tài)寄存器的內(nèi)容拷貝到當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器，恢復(fù)中斷前的狀態(tài)。

　?、谇宄鄳?yīng)禁止中斷位（如果已設(shè)置的話）。

　?、郯堰B接寄存器的值拷貝到程序計(jì)數(shù)器，繼續(xù)運(yùn)行原程序。

　?。?）返回地址的計(jì)算

　　ARM7TDMI采用流水線結(jié)構(gòu)：當(dāng)一條指令被執(zhí)行時(shí)，下一條指令正被譯碼，而第三條指令被從內(nèi)存中取出。當(dāng)程序計(jì)數(shù)器未更新的，pc指向從內(nèi)存中取出的指令，（pc-4）指向當(dāng)前指令的一條指令。處理器響應(yīng)軟件中斷時(shí)，由于軟件中斷由指令自身產(chǎn)生，程序計(jì)數(shù)器還沒有更新，（pc-4）正好指向當(dāng)前指令的下一條指令。因此，只要在中斷處理程序加入MOVS pc,lr把連接寄存器的值賦給程序計(jì)數(shù)器即可。ARM7TDMI總是在一條指令執(zhí)行完畢后，才去檢查是否有硬件中斷信號(hào)和中斷屏蔽狀態(tài)。此時(shí)，程序計(jì)數(shù)器已經(jīng)更新，（pc-4）指向當(dāng)前指令的下兩條指令。因此要先把連接寄存器的內(nèi)容減去4（指向pc-8）后，再賦給程序計(jì)數(shù)器。要添加的代碼是SUBS pc,lr #4

　　3 中斷處理程序的編寫

　?。?）軟件中斷處理程序的編寫

　　軟件中斷指令的格式如圖1所示。低24位立即數(shù)為軟件中斷號(hào)。在中斷處理程序中，必須首先得到軟件中斷號(hào)，然后根據(jù)中斷號(hào)執(zhí)行不同代碼。以下的中斷處理程序，在軟件中斷號(hào)為1時(shí)，將端口A的0號(hào)引腳置“1”。

　　STMFD sp!,{r0-r12,lr} //保存各工作寄存器

　　LDR r0,{lr,#-4} //得到該軟件中斷指令

　　BIC r0,r0,#0xff000000 //從中取出中斷號(hào)

　　ADR r2,SWIJumpTable //r2指向代碼入口表

　　LDR pc,[r2,r0,LSL #2] //把r0中的值乘4后加到r2。將//程序計(jì)數(shù)器指向中斷號(hào)對(duì)應(yīng)的代碼入口地址

　　SWIJumpTable //代碼入口表

　　DCD SWInum0

　　DCD SWInum1

　　……

　　SWInum0 //中斷號(hào)為0時(shí)的處理代碼（略）

　　SWInum1 //中斷號(hào)為1時(shí)的處理代碼

　　MOV r0,#0x80000000 //r0指向端口A

　　STRB r0,#0x01 //A口0腳置“1”

　　B EndofSWI //跳轉(zhuǎn)

　　EndofSWI

　　LDMFD sp! {r0-r12,pc} //恢復(fù)各寄存器，返回原程序

　?。?）常規(guī)中斷處理程序的編寫

　　為快速執(zhí)行，常規(guī)中斷處理程序一般用匯編指令編寫。在編寫可重入常規(guī)中斷處理程序（運(yùn)行時(shí)仍可響應(yīng)常規(guī)中斷）時(shí)，必須先把鏈接寄存器和程序用到的工作寄存器入棧，然后才能開放中斷；各寄存器出棧前，必須先關(guān)閉中斷。這樣可防止因寄存器崩潰而無(wú)法返回的情況發(fā)生。下文介紹了一個(gè)與中控制器相配置的可重入的常規(guī)中斷處理程序。當(dāng)若干中斷源同時(shí)有效時(shí)，中斷控制器（基址為IntBase）把16個(gè)中斷源中優(yōu)先級(jí)的一個(gè)存入中斷寄存器（偏移地址為IntLevel）中，并發(fā)出硬件中斷信號(hào)。

　　SUB lr,lr,#4 //得至并保存返回地址

　　STMFD sp!,{lr}

　　MRS r14，SPSR //把SPSR和sl2入棧

　　STMFD sp!,{r12,r14}

　　MOV r12,#IntBase

　　LDR r12,[r12,#IntLevel] //將優(yōu)先級(jí)號(hào)存入r12

　　MRS r14,CPSR. //開中斷

　　BIC r14,r14,#0x80

　　MSR CPSR_c,r14

　　LDR PC,[PC,r12,LSL #2] //將pc指向該優(yōu)先級(jí)號(hào)對(duì)應(yīng)的處理代碼入口

　　NOP //補(bǔ)位

　　DCD Priority0Handler //代碼入口表

　　DCD Priority 1 Handler

　　DCD Priority 2 Handler

　　……

　　Priority0Handler //0優(yōu)先級(jí)中斷處理代碼

　　STMFD sp!,{r0-r11} //保存工作寄存器

　　……（略） //具體代碼

　　LDMFD sp!,{r0-r11} //恢復(fù)工作寄存器

　　MRS r12,CPSR //關(guān)中斷

　　ORR r12,r12,#0x80

　　MSR CPSR_c,r12

　　LDMFD sp!,{r12,r14} //恢復(fù)r12

　　MSR SPSR_csxf,r14 //恢復(fù)備用程序狀態(tài)寄存器（SPSR）

　　LDMFD sp!,{pc}^ //返回原程序

　　Priority 1 Handler //優(yōu)先級(jí)中斷處理代碼（略）

　?。?）快中斷處理程序的編寫

　　為保證高速處理，快中斷處理程序必須要用匯編語(yǔ)言編寫，而且必須是非重入的。一般快中斷處理程序主要是些數(shù)據(jù)存取指令，就不具體介紹了。

　　結(jié)束語(yǔ)

　　中斷技術(shù)是處理器和系統(tǒng)芯片開發(fā)的重要技術(shù)?？焖?、高效的中斷處理程序是實(shí)時(shí)多任務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵。