【ARM】-IRQ 和 FIQ 异常中断处理程序的返回

处理流程

通常处理器执行完当前指令后，查询 IRQ 中断引脚及 FIQ 中断引脚，并且查看系统是否允许 IRQ 中断及 FIQ中断。 如果有中断引脚有效，并且系统允许该中断产生，处理器将产生 IRQ 异常中断或 FIQ 异常中断。 当 IRQ 和 FIQ 异常中断产生时，程序计数器 PC 的值已经更新，它指向当前指令后面第 3 条指令（对于 ARM 系统来说它指向当前指令地址加 12 个字节的位置，对于 Thumb 指令来说，它指向当前指令加 6 个字节的位置）。 当 IRQ 和 FIQ 异常中断发生时，处理器将 PC-4 的值保存到异常模式下的寄存器 LR_mode 中，这时 LR_mode 中的值即为PC-4 ，即指向当前指令后的第二条指令。因此返回操作需要将 LR_mode - 4(指向当前指令的下一条指令) 赋给 PC,可以通过下面的指令来实现：

SUBS PC, LR, #4  // 注意 S ，指定了 S 意味着同时将SPSR 拷贝到 CPSR

该指令将寄存器 LR 中的值减 4 后，复制到程序计数器 PC 中，实现程序返回，同时将 SPSR_mode 寄存器内容复制到 CPSR 中。 当异常中断处理程序中使用了数据栈时，可以通过下面的指令在异常中断处理程序时保存被中断程序的执行现场，在退出异常中断处理程序时恢复被中断程序的执行现场。异常中断处理程序中使用的数据栈由用户提供。

subs lr, lr, #4
stmdb sp!, {r0-r12, lr}   // 保存现场 r0-r12 - reg_list
// user code
ldmia sp!, {r0-r12, pc}^  // 恢复现场 r0-r12 - reg_list

在上述指令中，reg_list 是异常中断处理程序中使用的寄存器列表。标识符 ^ 指示将 SPSR_mode 寄存器内容复制到 CPSR 寄存器中，该指令只能在特权模式下使用。

示例

1、假设在 instruction+0 指令执行完成后发生 irq/frq 异常 2、此时 PC 值 已经更新，指向 instruction+3 3、进入 irq/frq 异常后，LR_mode = PC -4，所以此时 LR 指向 instruction+2 4、irq/frq 异常处理完成之后，程序需要返回到 instruction+1 处执行，所以将此时的 LR_mode 寄存器的值 -4 赋给 PC。

代码实现

.align 2
    .arm
    .weak IRQ_Handler
    .type IRQ_Handler, %function

IRQ_Handler:
    push {
          
   lr}                   /* 保存lr地址 */
    push {
          
   r0-r3, r12}           /* 保存r0-r3，r12寄存器 */

    mrs r0, spsr                /* 读取spsr寄存器 */
    push {
          
   r0}                   /* 保存spsr寄存器 */

.if 0 /* on qemu platform it always return 0, i dont know why */
    mrc p15, 4, r1, c15, c0, 0 /* 从CP15的C0寄存器内的值到R1寄存器中
                                * 参考文档ARM Cortex-A(armV7)编程手册V4.0.pdf P49
                                * Cortex-A7 Technical ReferenceManua.pdf P68 P138
                                */
.else
    ldr r1, =0x00a00000
.endif
    add r1, r1, #0X2000         /* GIC基地址加0X2000，也就是GIC的CPU接口端基地址 */
    ldr r0, [r1, #0XC]          /* GIC的CPU接口端基地址加0X0C就是GICC_IAR寄存器，
                                    * GICC_IAR寄存器保存这当前发生中断的中断号，我们要根据
                                    * 这个中断号来绝对调用哪个中断服务函数
                                    */
    push {
          
   r0, r1}               /* 保存r0,r1 */

    cps #0x13                   /* 进入SVC模式，允许其他中断再次进去 */

    push {
          
   lr}                   /* 保存SVC模式的lr寄存器 */
    ldr r2, =system_irqhandler	/* 加载C语言中断处理函数到r2寄存器中*/
    blx r2                      /* 运行C语言中断处理函数，带有一个参数，保存在R0寄存器中 */

    pop {
          
   lr}                    /* 执行完C语言中断服务函数，lr出栈 */
    cps #0x12                   /* 进入IRQ模式 */
    pop {
          
   r0, r1}
    str r0, [r1, #0X10]         /* 中断执行完成，写EOIR */

    pop {
          
   r0}
    msr spsr_cxsf, r0           /* 恢复spsr */

    pop {
          
   r0-r3, r12}            /* r0-r3,r12出栈 */
    pop {
          
   lr}                    /* lr出栈 */
    subs pc, lr, #4             /* 将lr-4赋给pc */