SWI指令

SWI指令---软件中断实例详解

关键字:  SWI,指令,软件中断,实例,详解

SWI，即software interrupt软件中断。该指令产生一个SWI异常。意思就是处理器模式改变为超级用户模式，CPSR寄存器保存到超级用户模式下的SPSR寄存器，并且跳转到SWI向量。其ARM指令格式如下：

SWI{cond} immed_24

Cond域：是可选的条件码 (参见 ARM汇编指令条件执行详解).

immed_24域：范围从 0 到 2²⁴-1 的表达式， (即0-16777215)。用户程序可以使用该常数来进入不同的处理流程。

一、方法1：获取immed_24操作数。

为了能实现根据指令中immed_24操作数的不同，跳转到不同的处理程序，所以我们往往需要在SWI异常处理子程序中去获得immed_24操作数的实际内容。获得该操作数内容的方法是在异常处理函数中使用下面指令：

LDR     R0，[LR,#-4]

该指令将链接寄存器LR的内容减去4后所获得的值作为一个地址，然后把该地址的内容装载进R0。此时再使用下面指令，immed_24操作数的内容就保存到了R0：

BIC     R0，R0，#0xFF000000

该指令将R0的高8位清零，并把结果保存到R0，意思就是取R0的低24位。

可能还是有人会问：为什么在SWI异常处理子程序中执行这两条指令后，immed_24操作数的内容就保存到了R0寄存器呢？之所以会有这样的疑问，基本都是因为对LR寄存器的作用没了解清楚。下面介绍一下链接寄存器LR（R14）的作用。

寄存器R14(LR寄存器)有两种特殊功能:

·在任何一种处理器模式下，该模式对应的R14寄存器用来保存子程序的返回地址。当执行BL或BLX指令进行子程序调用时，子程序的返回地址被放置在R14中。这样，只要把R14内容拷贝到PC中，就实现了子程序的返回（具体的子程序返回操作，这里不作详细介绍）。

·当某异常发生时，相应异常模式下的R14被设置成异常返回的地址(对于某些异常，可能是一个偏移量，一个较小的常量)。异常返回类似于子程序返回，但有小小的不同（这里不作详细介绍）。

所谓的子程序的返回地址，实际就是调用指令的下一条指令的地址，也就是BL或BLX指令的下一条指令的地址。所谓的异常的返回的地址，就是异常发生前，CPU执行的最后一条指令的下一条指令的地址。

例如：（子程序返回地址示例）

指令                       指令所在地址

ADD     R2，R1，R3             ;0x300000

BL      subC                   ;0x300004

MOV     R1,#2                  ;0x300008

BL指令执行后，R14中保存的子程序subC的返回地址是0x300008。

再例如：(异常返回地址示例)

指令                       指令所在地址

ADD     R2，R1，R3             ;0x300000

SWI     0x98                   ;0x300004

MOV     R1,#2                  ;0x300008

SWI指令执行后，进入SWI异常处理程序，此时R14中保存的返回地址为0x300008。

所以，在SWI异常处理子程序中执行 LDR  R0，[LR,#-4]语句，实际就是把产生本次SWI异常的SWI指令的内容(如：SWI   0x98)装进R0寄存器。又因为SWI指令的低24位保存了指令的操作数(如：0x98)，所以再执行BIC   R0，R0，#0xFF000000语句，就可以获得immed_24操作数的实际内容。

二、方法2：使用参数寄存器。

    实际上，在SWI异常处理子程序的实现时，还可以绕开immed_24操作数的获取操作，这就是说，我们可以不去获取immed_24操作数的实际内容，也能实现SWI异常的分支处理。这就需要使用R0-R4寄存器，其中R0-R4可任意选择其中一个，一般选择R0，遵从ATPCS原则。

    具体方法就是，在执行SWI指令之前，给R0赋予某个数值，然后在SWI异常处理子程序中根据R0值实现不同的分支处理。例如：

指令                       指令所在地址

MOV     R0,#1                  ; #1给R0

SWI     0x98                   ; 产生SWI中断,执行异常处理程序SoftwareInterrupt

ADD     R2，R1，R3             ;

 

;SWI异常处理子程序如下

SoftwareInterrupt

        CMP     R0, #6              ; if R0 < 6

        LDRLO   PC, [PC, R0, LSL #2] ; if R0 < 6,PC = PC + R0*4,else next

        MOVS    PC, LR

SwiFunction

        DCD     function0     ;0

        DCD     function1     ;1

        DCD     function2     ;2

        DCD     function3     ;3

        DCD     function4     ;4

        DCD     function5     ;5

Function0

    异常处理分支0代码

Function1

    异常处理分支1代码

function2

    异常处理分支2代码

function3

    异常处理分支3代码

function4

    异常处理分支4代码

function5

    异常处理分支5代码

    在ARM体系结构中，当正确读取了PC的值时，该值为当前指令地址值加8字节，也就是说，对于ARM指令集来说，读出的PC值指向当前指令的下两条指令的地址，本例中就是指向SwiFunction 表头DCD  function0 这个地址，在该地址中保存了异常处理子分支function0的入口地址。所以，当进入SWI异常处理子程序SoftwareInterrupt时，如果R0=0，执行LDRLO   PC, [PC, R0, LSL #2]语句后，PC的内容即为function0的入口地址，即程序跳转到了function0执行。在本例中，因为R0=1，所以，实际程序是跳转到了function1执行。R0左移2位（LDRLO   PC, [PC, R0, LSL #2]）,即R0*4，是因为ARM指令是字(4个字节)对齐的DCD  function0等伪指令也是按4字节对齐的。

    在本方法的实现中，实际指令中的24位立即数（immed_24域）被忽略了， 就是说immed_24域可以为任意合法的值。如在本例中，不一定使用SWI 0x98，还可以为SWI   0x00或者SWI 0x01等等，程序还是会进入SWI异常处理子程序SoftwareInterrupt，然后根据R0

的内容跳转到相应的子分支。