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分类: 嵌入式
2011-11-05 20:08:30
1. 状态切换和BX指令
AREA ADDREG,CODE,READONLY
ENTRY
MAIN
ADR r0,ThunbProg + 1
BX r0
CODE16
ThunbProg
mov r2,#2
mov r3,#3
add r2,r2,r3
ADR r0,ARMProg
BX r0
CODE32
ARMProg
mov r4,#4
mov r5,#5
add r4,r4,r5
mov r0,#0x18
LDR r1,=0x20026
SWI 0x123456
END
解释:ADR r0,ThunbProg + 1为什么要加1呢?这是因为BX指令中若目标地址的bit[0]为0,则跳转时自动将CPSR中的标志位T复位,即把目标地址的代码解释为ARM代码,若目标地址的bit[0]为1,则跳转时自动将CPSR中的标志位T置位,即把目标代码解释为Thumb代码。
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管理模式,CPSR寄存器保存到管理模式下的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),immed_24为软中断号(服务类型)。
使用SWI指令时,通常使用以下两种方法进行传递参数
(1).指令中的24位立即数指定了用户请求的服务类型,参数通过通用寄存器传递.
mov r0,#34 ;设置子功能号位34
SWI 12 ;调用12号软中断
(2).指令中的24位立即数被忽略,用户请求的服务类型有寄存器R0的值决定,参数通过其他的通用寄存器传递.
mov r0,#12 ;调用12号软中断
mov r1,#34 ;设置子功能号位34
SWI 0
在SWI异常中断处理程序中,取出SWI立即数的步骤为:首先确定引起软中断的SWI指令是ARM指令还是Thunb指令,这可通过对SPSR访问得到;然后取得该SWI指令的地址,这可通过访问LR寄存器得到;接着读出指令,分解出立即数.如下程序:
T_bit EQU 0x20
SWI_Handler
STMFD SP!,{R0-R3,R12,LR} ;现场保护
MRS R0,SPSR ;读取SPSR
STMFD SP!,{R0} ;保存SPSR
TST R0,#T_bit
LDRNEH R0,[LR,#-2] ;若是Thunb指令,读取指令码(16位)
BICNE R0,R0,#0xFF00 ;取得Thunb指令的8位立即数
LDREQ R0,[LR,#-4] ;若是ARM指令,读取指令码(32位)
BICEQ R0,R0,#0xFF000000 ;取得ARM指令的24位立即数
....
LDMFD SP!,{R0-R3,R12,PC}^ ;SWI异常中断返回
对于两条红色指令的解释:就是对连接寄存器LR(R14的)理解。
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。
软件中断SWI的实现:
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,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。
__swi(0x00) void SwiHandle(int Handle);
#define IRQDisable() SwiHandle(0)
#define IRQEnable() SwiHandle(1)
#define FIQDisable() SwiHandle(2)
#define FIQEnable() SwiHandle(3)
__swi是ADS编译器的关键字,用它做前缀可以声明一个软中断调用,格式为:
__swi(功能号) 返回值 名称 (参数列表)
功能号:即软中断指令中的24位立即数,软中断号
名 称:即调用软中断时用于描述软中断的函数名称
参 数:软中断函数的参数,根据ATPCS规则,如果软中断函数有不超过4个参数时,通过R0~R3传递,超过4个参数时用堆栈来传递。
__swi(0x00) void SwiHandle1(int Handle)。其中0x00为软中断功能号(软中断号);软中断函数名称为SwiHandle1;只有一个参数,则使用R0来传递;函数没有返回值。紧接着这句代码的是定义了4个宏,分别表示禁能IRQ函数、使能IRQ函数、禁能FIQ函数、使能IFQ函数,其实调用的软中断函数是一样的,只是参数不同而已。例如在用户程序中调用“IRQEnable( );”时,处理器会产生软中断。位于启动代码中的那些是软中断处理函数,当发生软中断时,PC被强制指向0x00000008,这个地址中存放的是软中断异常的处理函数的地址,所以程序会跳转至标号“SoftwareInterrupt ”处执行。SoftwareInterrupt 函数的功能是判断R0的值(R0的值为软中断函数传递过来的参数)是否小于4,如果小于4则跳转至标号“SwiFunction”执行,如果不是则函数返回。SwiFunction函数是一个散转函数,它的功能是根据R0的值跳转至对应的函数处执行,即如果参数为1,则函数会跳转至IRQEnable处执行,将IRQ中断使能。
C代码中内嵌ARM汇编时,如果需要通过C函数调用SWI中断,通常的形式是:__SWI (
在实际项目中,可能需要很多SWI处理函数,那么一种方法是通过
一种比较好的解决方法是:通过函数的第一个参数,传递一个操作符,用来指示进行什么操作,使用C语言的宏定义,来隐藏这一层调用。这样就相当于将底层代码和用户代码隔离开,可读性很强。举例如下:
__swi(0) char __ReadCharacter (unsigned op);
__swi(0) void __WriteCharacter (unsigned op, char c);
其中op参数是用来指示是哪种操作的。再针对不同的操作码,使用宏定义:
#define ReadCharacter () __ReadCharacter (0);
#define WriteCharacter (c) __WriteCharacter (1, c);
这样,用户就可以像正常的C函数一样,调用这两个函数,而底层的中断调用就变得透明了。