异常和中断

kiygb

异常是能够引起程序流偏离正常流程的事件，当异常发生时，正在执行的程序就会被挂起，处理器转而执行一块与该事件相关的代码（异常处理）。事件可以是外部输入，也可以是内部产生的，外部产生的事件通常被称作中断或中断请求（IRQ）。几乎所有的现代处理器都支持异常和中断，微控制器的中断可以由片上外设或软件产生。由此可见，通常我们处理的中断是异常的一种。
5 B$ S- I: w9 ^% c4 H, @" p
7 k2 \* Y+ \+ Z( M' Z% d每种异常类型都有对应的优先级，有些异常的优先级是固定的，有些是可编程的。
; q9 c$ o1 L; x2 K, n
+ i, s. }8 j$ E- \# q5 b先说几个概念：

1、不可屏蔽中断（NMI）
NMI同IRQ类似，只是它不能被禁止，并且优先级仅次于复位，它对于工业控制和汽车之类的高可靠性系统非常有用。根据微控制器设计的不同，NMI可以用于掉电处理，也可以连接到看门狗单元，以便在系统停止响应时将系统复位。由于NMI不能被控制寄存器禁止，其响应的及时性就得到了保证。
6 I9 C; k! j! p  U
2、硬件错误
. {3 a, c. {! i% S& Y8 `5 y* ~% t硬件错误异常用于处理程序执行时产生的错误，这些错误可以是试图执行未知的操作码、总线接口或存储器系统的错误，也可以是试图切换至ARM状态之类的非法操作。
; [. x. V& W* S4 M! m- ?
3、SVC（请求管理调用）
SVC指令执行时就会产生SVC异常，其通常用在具有操作系统的系统中，为应用程序提供了访问系统服务的入口。

' u+ b; p* V! P  l7 Q4、PendSV（可挂起的系统调用）
PendSV是用于带OS（操作系统）的应用程序的另外一个异常，SVC异常在SVC指令执行后会马上开始，PendSV在这点上有所不同，它可以延迟执行，在OS上使用PendSV就要确保高优先级任务完成后才执行系统调度。

* z8 B4 c( w' a5、系统节拍
NVIC中的Systick定时器为OS应用可以利用的另外一个特性。几乎所有操作系统的运行都需要上下文切换，而这一过程通常需要依靠定时器产生定时中断来完成。

6、中断
+ b! ]8 a# ?% _( O+ J9 Y8 M中断信号可以连接到片上外设，也可以通过IO端口连接到外部中断源上。外部中断只有在使能后才能使用，如果中断被禁止了，或者处理器正在运行另外一个相同或更高优先级的异常处理，则该中断请求会被存储在挂起状态寄存器中。当高优先级的中断处理完成或返回后，挂起的中断请求才可以执行。NVIC能够接受的中断请求信号可以是高逻辑电平，也可以是中断脉冲。应该注意的是，在微控制器的外部接口中，外部中断信号可以是高电平也可以是低电平，或者可以通过编程配置。
( Y7 R# A8 l; s* P& g
. n# ?! D+ `* g- `9 F异常的处理流程：
) j9 w2 s; T2 L7 s) y3 h4 ]
( u/ O4 X. y" k1 C1、接受异常请求
3 N. r6 _( k* D0 ?/ I: p" J. F处理器要接受一个异常，需要满足的条件：
①对于中断和SysTick中断请求，中断必须使能
②处理器正在执行的异常处理的优先级不能相同或更大
③中断屏蔽寄存器没有屏蔽掉异常
特别注意一点：对于SVC异常，如果用到SVC指令的异常处理的优先级与SVC异常本身相同或更大，这种情况就会引起硬件错误异常处理的执行。
* ^+ K1 T* ^" d! a5 a
2、压栈和出栈
为了使被中断的程序能正确继续执行，在程序切换至异常处理前，处理器当前状态的一部分应该被保存。不同架构处理器的处理方法不同，有的采用硬件自动处理的方法来备份和恢复处理器状态，看需求，有的是需要程序中增加软件处理过程。

2 A: A" B, o3 j! K异常处理过程执行到最后时，将会利用执行特殊值来触发异常返回机制。处理器还会查看当前是否还有其他异常需要处理，如果没有，处理器就会恢复之前存储在栈空间的寄存器值，并继续执行中断前的程序。
# z7 J% z" E1 c. S
自动保存和恢复寄存器内容的操作被称为“压栈”和“出栈”，这种机制使得异常处理可以跟普通的C函数一样处理，同时也减小了软件开销以及回路大小，因此也降低了系统的功耗。

3、异常返回指令
' V& H# y, A2 t) O3 M根据处理器的不同中断处理返回有的需要特殊指令，一般都是普通的返回指令，加载到PC中的数值则会触发异常返回，这样就使得异常处理可以和普通的C函数一样使用。
) J4 n* ~- E% Z* U9 [: |$ h; g两个不同的指令可以用于异常返回：
BX  <Reg>q     ;将寄存器中的值加载到PC中
  j7 ]4 Q) e0 n8 M3 s% w& D或
3 \7 i% q! V9 k' i9 nPOP {<Reg1>,<Reg1>,...,PC}  OP指令，PC也是更新的寄存器之一
: O  L2 \5 x9 L3 ~8 O' l) u当其中一个指令执行，异常返回机制就会启动。

% C: z+ [4 ^* |1 `' ]! j4、末尾连锁
4 B4 Q8 ]+ l# S" _+ X: Y如果当其他的异常处理完成后，还有异常处于挂起状态，这时处理器不会返回到中断前的程序，而是重新进入异常处理流程，这也被称作末尾连锁。当末尾连锁发生时，处理器不必马上恢复栈的值，因为如果这么做的话还得重新压栈。异常的末尾连锁降低了异常处理的开销，因此也提高了能耗效率。

2 [2 k8 B% G1 F, |9 k

grand

硬件错误异常用于处理程序执行时产生的错误

showmaker

不同架构处理器的处理方法不同