ARC学习（3）基本编程模型认识（三）

笔者来介绍arc的编程模型的中断流程和异常流程

1、中断介绍

主要介绍一下中断进入的流程，包括需要配置的寄存器等信息。

  • 中断号：16-255，总共240个中断。
  • 触发类型：脉冲或者电平触发
  • 中断优先级：16个，0最大，15最小。
  • 中断向量表地址：地址0x400对齐，因为中断+异常的地址总共大小占用0x400的字节
  • 中断向量大小：32位

1.1 中断配置流程

  • 配置全局优先级阈值，STATUS.E[3:0]，
  • 关闭外设中断
  • 关闭全局中断，即STATU32.IE 为0，
  • 选择需要配置的中断，IRQ_Select 寄存器，
  • 配置中断优先级，IRQ_Priority
  • 配置触发方式，IRQ_Trigger
  • 清除脉冲，IRQ_PULSE_CANCEL
  • 使能该中断，IRQ_ENABLE
  • 开启全局中断，即STATU32.IE 为1
  • 最后在开启外设中断
    在这里插入图片描述
    注意：首先肯定得开启外设使用，包括总线时钟使能等。

2、异常介绍

主要介绍一些arc-v2版本的异常向量以及异常的处理流程。也分为同步异常和异步的异常：

  • 同步异常：准确的异常，知道准确出错误的数据地址，指令地址等，cpu在发生异常时，立即进入异常处理函数，
  • 异步异常：不准确的异常，在出错之后才发生的异常，发生异常时，不是第一现场
    接下里介绍一下arc-v2的一些异常向量，以及处理异常的一些流程。

2.1 异常向量

异常向量共有16个，向量号0x-0x15，占用64字节，每个异常向量就是一个异常处理函数地址，异常发生后，会从该处取地址，然后跳到对应的处理函数。
在这里插入图片描述
每个异常可能都有多种原因，为了区分多种异常原因，arc这边提供了辅助寄存器来指示异常的原因，有点类似于ARM架构下面的fsr ，详情看ARM学习（3） 异常模式学习（CortexR5），寄存器为ESR，上文中已经介绍过，ARC学习（2）基本编程模型认识（二）。

  • Vector Number，向量号（16-23Bit）：指明哪个异常发生
  • Cause 异常原因（8-15Bit）：该异常时有什么原因触发，
  • Parameter 参数（0-7Bit）：原因的参数是什么，也类似于一种原因类型，进一步细分
  • P：指示异常发生在中断里面
    在这里插入图片描述
    异常的地址由异常地址寄存器指明：EFA，32位，可能是pc地址，可能是数据地址，或者是cache 地址等等。
    在这里插入图片描述

再来看一下异常向量具体会有哪些原因触发：

  1. 复位：Reset，外部信号造成的硬件复位，core寄存器不会被初始化，需要手动初始化。

在这里插入图片描述

  1. 内存错误：
  • 包括总线指令内存错误、
  • 总线数据内存错误，
  • 不存在的memory获取指令
  • 跨多个指令memory类型的指令获取，
  • 跨多个数据memory类型的数据获取，
  • 跨多个mpu region的指令获取，

在这里插入图片描述
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内存类型有如下几种：
在这里插入图片描述

  1. 指令错误，无效的指令或者指令序列

在这里插入图片描述

  1. 机制检查异常
  • 异常里面发生异常，两次异常
  • 指令地址翻译错误，或者一个地址的多次翻译匹配
  • 致命的cache错误
  • 内部memory的指令获取异常
  • 内部memory的数据获取异常
  • 无效的MPU区域重叠
  • 不可屏蔽的异步异常发生或者两次发生
  • 获取向量时，无法纠正的ECC 或者奇偶校验发生，
    在这里插入图片描述在这里插入图片描述
  1. 指令页表缓存未命中（ITLB，Instruction Translation Lookaside Buffer）

在这里插入图片描述

  1. 数据页表缓存未命中（DTLB，Data Translation Lookaside Buffer），包括读写没有命中

在这里插入图片描述

  1. 保护机制违反异常
  • 代码保护机制，栈保护机制，MPU和MMU保护下的内存读 违反机制
  • 代码保护机制，栈保护机制，MPU、MMU和NVM保护下的内存写 违反机制
  • 代码保护机制，栈保护机制，MPU、MMU和NVM保护下的读修改写的违反机制
  • 读主要有：LD，POP，中断离开等
  • 写主要有：ST，PUSH，中断进入等

在这里插入图片描述
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  1. 特权违反异常机制
  • 特权违反，比如只允许特权模式操作的指令，比如BRK、SWI和FLAG等
  • 禁止拓展的寄存器访问，比如32以外的寄存器

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10. 软件中断：SWI 或者SWI_S指令会触发该向量处理函数，

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  1. 陷阱异常：TRAP_S指令触发该向量异常处理函数

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  1. 拓展指令异常：例如浮点等指令

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  1. 除0异常：除数为0的异常，STATUS32 的DZ=1，

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  1. 数据cahce 一致异常，不是cache 内存的操作指令 执行了一个data cache的地址。

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  1. 数据未对齐访问异常
  • status32 的AD位置0，则运行对齐检查，未对齐的数据访问，进入该异常，比如32位的数据，处于奇地址。
  • EFA会抓到访问的异常地址。
    在这里插入图片描述
  1. 未对齐的向量内存访问异常

在这里插入图片描述

  1. 保留

异常的优先级和处理顺序：处理器每次都只能处理一个异常，所以当多个异常发生时，要排队处理，涉及到优先处理的异常。
注意：异常的优先级不按异常向量来决定，而是根据异常的原因来进行排序。
在这里插入图片描述
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2.2 异常流程

异常进入：exception entry

  1. 所有的异常指令被丢弃
  2. ERET 寄存器被赋值PC地址，PC地址为那错误指令的地址，如果是TRAP异常，ERET寄存器保存的是下一条指令。
  3. ESTATUS被赋予STATUS32寄存器的值
  4. ERBTA被赋予异常返回目标分支地址，即BTA的寄存器值
  5. ECR记录了异常向量，异常原因和参数等数据
  6. EFA记录异常的地址，比如当内存访问异常，则EFA记录触发异常的数据地址，如果是指令触发异常，则记录PC的地址，
  7. STATUS32的状态位开始修改，CPU转为内核模式，STATUS32的U bit 置0，中断被禁止，STATUS32的IE bit 置1，处于异常模式，STATUS32的AE bit 置1，STATUS32的EI bit 置0，禁止栈溢出检查，STATUS32的SC bit 置0，禁止除0异常，STATUS32的DZ bit 置0，0赋值循环禁止，STATUS32的L bit 置1，禁止延迟分支阻塞，STATUS32的DE bit 置0，
  8. PC 开始从异常向量表取异常向量，开始跳转到异常处理函数执行。
  9. 异常处理函数需要保存所有用到的寄存器，并且退出时恢复所有的寄存器，

流程图绘制：
在这里插入图片描述

异常退出：exception exit：
主要是影响：ERET、ESTATUS和ERBTA，恢复到原来的状态，PC，STATUS32和BTA，以及恢复寄存器等等，相对比较简单。

3、实际例子说明

3.1 数据总线异常

下面例子代码会造成异常，0x3FFFFFFF是memory总线不存在的例子，

ls_u32_t *ptr=0x3FFFFFFF;
printf("0x%x 0x%x\r\n", ptr, *ptr);

实际异常后，打印出如下寄存器信息：

[18999]reg0=0x0001 [18999]reg1=0x0003 [18999]reg2=0x1fd30 [18999]reg3=0x30000000 [18999]reg4=0x0000 [18999]reg5=0x3fffffff [18999]reg6=0x0000 [18999]reg7=0x0000 [18999]reg8=0x10004f68 [18999]reg9=0x0001 [18999]reg10=0x1a17a [18999]reg11=0x0000 [18999]reg12=0x10004ef7 [18999]reg13=0x0000 [18999]reg14=0x0000 [18999]reg15=0x100006a0 [18999]
[18999]reg16=0x103f4 [18999]reg17=0x0000 [18999]reg18=0x0000 [18999]reg19=0x0020 [18999]reg20=0x0001 [18999]reg21=0x0080 [18999]reg22=0x0000 [18999]reg23=0x0000 [18999]reg24=0x0000 [18999]reg25=0x0000 [18999]reg26=0x0000 [18999]reg27=0x10005000 [18999]reg28=0x10004f8c [18999]reg29=0x172ee [18999]reg30=0x10004f68 [18999]pc=0x4000959c lr=0x1fd2c sp=0x10004f8c status32=0x80081624 
[18999]ECR=0x11000 ERET=0x4000ca54 EFA=0x3fffffff ERSTATUS=0x84004

提取出如下异常寄存器如下：
ECR=0x11000
ERET=0x4000ca54
EFA=0x3fffffff
ERSTATUS=0x84004

如ECR寄存器的值，我们可以找到如下说明，看到是访问data memory异常，符合预期异常。
在这里插入图片描述
然后EFA=0x3FFFFFFF，就是异常访问的地址信息，确实是异常的地址，

最后ERET，就是异常的返回地址，可以通过addr2line 然后定位源代码位置。

3.2 地址总线异常

再看一一个异常例子。
在这里插入图片描述
ECR=0x1000
ERET=0x3f8eec48
EFA=0x3f8eec48
ERSTATUS=0x80084804
如ECR寄存器的值，我们可以找到如下说明，看到是访问指令 memory异常
在这里插入图片描述
看到ERET和EFA，均是0x3f8eec48，怀疑是CPU跑飞到一块异常地址，该地址的值均是0x3f8eec48，所以ERET和EFA相等。

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