ARM异常处理详解：工作模式与寄存器使用

ARM处理器是一种广泛应用在嵌入式系统、移动设备和服务器中的高性能处理器架构。它提供了七种不同的工作模式，每种模式对应不同的执行权限和寄存器使用规则，这对于理解和编写高效、安全的ARM代码至关重要。 1. 工作模式概览: - 用户模式: 通常用于应用程序执行，拥有最低权限，主要使用R0-R3 (a1-a4)、R4-R8 (v1-v5)以及R13-R15寄存器。 - 系统模式: 运行操作系统内核任务，权限高于用户模式，可以访问更多系统级寄存器。 - 一般中断模式（IRQ）和快速中断模式（FIQ）: 用于处理硬件中断，可能使用R13-SPSR栈，但具体寄存器依赖于中断类型。 - 管理模式: 系统管理模式，用于设置和管理其他模式，如通过MRS和MSR指令操作特殊寄存器。 - 中止模式: 异常或中断处理模式，涉及R0-R3等寄存器，且异常发生时会切换到独立的异常栈。 - 未定义指令终止模式: 当遇到无效指令时，处理器会进入此模式。 - 未定义异常模式: 当处理器遇到未定义指令或异常情况时，会暂停执行并进入这个模式。 2. 异常向量表与异常处理: - 异常向量表存储了异常处理函数的地址，每个地址对应一种异常情况，如reset、未定义指令、软件中断等。 - 函数`excVecInit`用于初始化异常向量，`excEnterDataAbort`和`excExcContinue`等是异常处理流程中的关键步骤。 - `excExcHandle`允许开发者自定义异常处理逻辑，通过钩子函数实现任务挂起或进一步处理。 3. 寄存器使用规则: - R0-R12被细分为不同的用途，如参数传递、结果存储、临时存储或特定功能寄存器。 - R13（SP）作为数据栈寄存器，用于函数调用和异常处理时的堆栈操作。 - R14（LR）作为链接寄存器，保存上一条指令地址。 - R15（PC）是程序计数器，指示下一条指令的位置。 4. 异常栈切换机制: - 异常发生时，处理器会将当前模式下的寄存器值保存到异常栈中，包括SPSR、R0-R3以及异常向量和故障指令地址。 - 紧接着，处理器会切换到SVC模式（Supervisor Call模式），确保控制权安全转移，并继续执行异常处理函数。 总结来说，理解ARM异常处理的关键在于掌握各个工作模式的特性和寄存器使用规则，异常向量表的设计以及异常栈切换的流程。熟练应用这些知识能够帮助开发者编写出稳定、高效的ARM程序，并有效地处理各种中断和异常情况。