14.1 中断体系
- ARM 体系的CPU 有 7 种工作模式
- 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
- 中断模式（irq）：用户通用的中断处理
- 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，可用于虚拟存储及存储保护
- 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，可用于支持硬件协处理器的软件仿真
可通过软件来进行模式切换，或者发生各类中断、异常时CPU自动进入相应的模式。除用户模式外，其他6种工作模式都属于特权模式，
- ARM体系的CPU有以下两种工作状态
- ARM 状态：此时处理器执行 32 位的字对齐的 ARM 指令
- Thumb 状态：此时处理器执行 16 位的、半字对齐的 Thumb 指令
ARM920T 有 31 个通用的 32 位寄存器和 6 个程序状态寄存器。这37个寄存器分位7组，进入某个工作模式就使用哪组寄存器。在ARM状态下，每种工作模式都有16个通用寄存器和1个（或2个，取决于工作模式）程序寄存器。如下图：
14.1.1 CPSR 寄存器
CPSR 寄存器称为 当前程序状态寄存器
| 31 | 30 | 29 | 28 | 27 | ~ | 8 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 | |||
| N | Z | C | V | 保留 | I | F | T | M4 | M3 | M2 | M1 | M0 | |||||
| N | Negative/Less Than | I | IRQ disable | ||||||||||||||
| Z | Zero | F | FIQ disable | ||||||||||||||
| C | Carry/Borrow/Extend | T | State bit | ||||||||||||||
| V | Overflow | M0~4 | Mode bits | ||||||||||||||
（1）条件码标志
N、Z、C、V均为条件码标志位。它们的内容可被算术或逻辑运算的结果所改变，并且可以决定某条指令是否被执行。条件码标志各位的具体含义如下表所示：
| 标志位 | 含 义 |
| N | 当用两个补码表示的带符号数进行运算时，N=1表示运算的结果为负数；N=0表示运算的结果为正数或零 |
| Z | Z=1表示运算的结果为零，Z=0表示运算的结果非零。 |
| C | 可以有4种方法设置C的值： |
| -加法运算（包括CMP）：当运算结果产生了进位时（无符号数溢出），C=1，否则C=0。 | |
| -减法运算（包括CMP）：当运算时产生了借位时（无符号数溢出），C=0，否则C=1。 | |
| -对于包含移位操作的非加/减运算指令，C为移出值的最后一位。 | |
| -对于其它的非加/减运算指令，C的值通常不会改变。 | |
| V | 可以有2种方法设置V的值： |
| -对于加减法运算指令，当操作数和运算结果为二进制的补码表示的带符号数时，V=1表示符号位溢出 | |
| -对于其它的非加/减运算指令，V的值通常不会改变。 | |
| Q | 在ARM V5及以上版本的E系列处理器中，用Q标志位指示增强的DSP运算指令是否发生了溢出。在其它版本的处理器中，Q标志位无定义 |
在ARM状态下，绝大多数的指令都是有条件执行的；在THUMB状态下，仅有分支指令是条件执行的。
（2） 控制位
CPSR的低8位（包括I、F、T和M[4：0]）称为控制位，当发生异常时这些位可以被改变。如果处理器运行于特权模式时，这些位也可以由程序修改。
- 中断禁止位I、F：置1时，禁止IRQ中断和FIQ中断。
- T标志位：该位反映处理器的运行状态。当该位为1时，程序运行于THUMB状态，否则运行于ARM状态。该信号反映在外部引脚TBIT上。在程序中不得修改CPSR中的TBIT位，否则处理器工作状态不能确定。
- 运行模式位M[4：0]：这几位是模式位，这些位决定了处理器的运行模式。具体含义如下表所示：
- 保留位：CPSR中的其余位为保留位，当改变CPSR中的条件码标志位或者控制位时，保留位不要改变，在程序中也不要用保留位存储数据。保留位将用于ARM版本的扩展。
| M[4：0] | 处理器模式 | ARM模式可访问的寄存器 | THUMB模式可访问的寄存器 |
| 0b10000 | 用户模式 | PC,CPSR,R0~R14 | PC,CPSR,R0~R7,LR,SP |
| 0b10001 | FIQ模式 | PC,CPSR,SPSR_fiq,R14_fiq~R8_fiq,R0~R7 | PC,CPSR,SPSR_fiq,LR_fiq,SP_fiq,R0~R7 |
| 0b10010 | IRQ模式 | PC,CPSR,SPSR_irq,R14_irq~R13_irq,R0~R12 | PC,CPSR,SPSR_irq,LR_irq,SP_irq,R0~R7 |
| 0b10011 | 管理模式 | PC,CPSR,SPSR_svc,R14_svc~R13_svc,R0~R12 | PC,CPSR,SPSR_svc,LR_svc,SP_svc,R0~R7 |
| 0b10111 | 中止模式 | PC,CPSR,SPSR_abt,R14_abt~R13_abt,R0~R12 | PC,CPSR,SPSR_abt,LR_abt,SP_abt,R0~R7 |
| 0b11011 | 未定义模式 | PC,CPSR,SPSR_und,R14_und~R13_und,R0~R12 | PC,CPSR,SPSR_und,LR_und,SP_und,R0~R7 |
| 0b11111 | 系统模式 | PC,CPSR,R0~R14 | PC,CPSR,LR,SP,R0~R74 |
14.1.2 SPSR---程序状态保存寄存器
当切换进入其他模式时候，在SPSR种保存前一个工作模式的 CPSR 的值，当返回前一个工作模式时，可以将 SPSR 的值恢复到 CPSR中。
当一个异常发生时，将切换进入相应的工作模式，这时，CPU 核将自动完成如下事情：
- 在异常工作模式的连接寄存器 R14 中保存前一个工作模式的下一条，即将执行的指令的地址。对于ARM状态，这个值是当前PC值加4或加8
- 将CPSR 的值复制到异常模式的 SPSR
- 将 CPSR 的工作模式位设为这个异常对应的工作模式
- 令 PC 值等于这个异常模式在异常向量表中的地址，即跳转去执行异常向量表中的相应指令。
从异常工作模式退出回到之前的工作模式时，需要通过软件完成如下事情：
- 前面进入异常工作模式时，连接寄存器中保存了前一工作模式的一个指令地址，将它减去一个适当的值后赋值给 PC 寄存器
- 将 SPSR 的值复制给 CPSR
14.2 S3C2440 中断控制器
CPU 运行过程中通过两种方法知道各类外设发生了某些不预期的事件：
- 查询方式：程序循环地查询各设备的状态并作出相应反应。
- 中断方式：当某事件发生时，硬件会设备某个寄存器；CPU 在每执行完一个指令时，通过硬件查看这个寄存器，如果发现所关注的事件发生了，则中断当前程序流程，跳转到一个固定的物理地址处理这事件，最后返回继续执行被中断的程序。
中断处理过程：
- 中断控制器汇集各类外设发出的中断信号，然后告诉 CPU
- CPU 保存当前程序的运行环境（各个寄存器等），调用中断服务程序（ISR，Interrupt Service Routine）来处理这些中断
- 在 ISR 中通过读取中断控制器、外设的相关寄存器来识别这是哪个中断，并进行相应的处理
- 清除中断：通过读写中断控制器和外设的相关寄存器来实现
- 最后恢复被中断程序的运行环境（即上面保存的各个寄存器等），继续执行
2440 的中断处理框图如下：
- Request sources(without sub-register) 中的中断源被触发后，SRCPND 寄存器中相应位被只1，如果此时中断没有被 INTMSK 寄存器屏蔽或者快速中断(FIQ)的话，它将被进一步处理
- Request sources(with sub-register) 中的中断源被触发后，SUBSRCPND 寄存器中的相应位被置1，如果此中断没有被 INTSUBMSK 寄存器屏蔽的话，它在 SRCPND 寄存器中的相应位也被置 1 ，之后的处理过程与 上面 1 相同
- 在 SRCPND 寄存器中，被触发的中断的相应位被置1，等待处理，如果被触发的中断中有快速中断（FIQ）——MODE（INTMOD 寄存器）中为1的位对应的中断是 FIQ，则CPU进入快速中断模式(FIQ Mode)进行处理
- 对于一般中断IRQ，可能同时有几个中断被触发，未被 INTMSK 寄存器屏蔽的中断经过比较后，选出优先级最后的中断，此中断在 INTPND 寄存器中的相应位被置1，然后CPU进入中断模式（IRQ Mode）进行处理。中断服务程序可以通过读取 INTPND 寄存器或者 INTOFFSET 寄存器来确定中断源
14.3 代码
Makefile
1 objs := head.o init.o interrupt.o main.o 2 3 int.bin: $(objs) 4 arm-linux-ld -Ttext 0x00000000 -o int_elf $^ 5 arm-linux-objcopy -O binary -S int_elf $@ 6 arm-linux-objdump -D -m arm int_elf > int.dis 7 8 %.o:%.c 9 arm-linux-gcc -Wall -O2 -c -o $@ $< 10 11 %.o:%.S 12 arm-linux-gcc -Wall -O2 -c -o $@ $< 13 14 clean: 15 rm -f int.bin int_elf int.dis *.o