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

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

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。

再来看一下异常向量具体会有哪些原因触发：

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

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

内存类型有如下几种：

指令错误，无效的指令或者指令序列

在这里插入图片描述

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，

指令页表缓存未命中（ITLB，Instruction Translation Lookaside Buffer）

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

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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

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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，

在这里插入图片描述

陷阱异常：TRAP_S指令触发该向量异常处理函数

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拓展指令异常：例如浮点等指令

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除0异常：除数为0的异常，STATUS32 的DZ=1，

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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。

在这里插入图片描述

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。

未对齐的向量内存访问异常

在这里插入图片描述

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

2.2 异常流程

异常进入：exception entry

所有的异常指令被丢弃
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。
ESTATUS被赋予STATUS32寄存器的值
ERBTA被赋予异常返回目标分支地址，即BTA的寄存器值
ECR记录了异常向量，异常原因和参数等数据
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，
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，
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。
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

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。