Day.10 进入 ARM 世界： ARM Cortex－M Exception 介绍

Exception 与 Interrupt

• Interrupt 是由内部 timer 或 I/O 装置发出的。
• Exception 是由於程序 Error 或是处於异常状态才会发出。

上图是(Exception Nuber 1~15) ARM Cortex-M 架构的 内部定义的 Exception，16~255 就是 Interrupt 是开发人员要自己定义，在ARM的架构上来说，Interrupt是一种Exception。

• Reset：
  • Power-on rest
• NMI: 无法被Mask 的 interrupt
• Hard fault: 这个故障的功能就是当kernel运行到错误的程序码会导致产生硬体故障，用於指示出程序出现不可修复的异常，需要程序人员关注与处理。
• MemManage: 在 MPU (记忆体保护单元) 发生的一些记忆体管理的错误
• Bus fault: 在获取指令、资料读写、获取中断向量检测到访问错误则产生Bus故障。
• Usage fault: 一些错误程序导致的异常，例如使用一条无效的指令或是非法的状态转换
• SVC:SVC 参考资料
• PendSV:如果systick抢占了其他ISRs，不会在其中执行上下文切换。会等到全部的ISRs执行完毕後(期间一定是无任务排程的)，才执行pendsv异常，完成上下文的切换。==差别在於生成pendsv异常的时机
• SYSTICK:系统滴答定时器（SYSTICK）中断 cortex-M3 的SVC、PendSV异常`
• IRQ: 通常是周边或外部输入产生的

Exception 优先权

每个Exception都有自己的优先权，在ARM Cortex-M中数值越小代表优先权越高，因为IRQ 都是从０开始设定优先权数值，Exception Nuber 1~15 通常在软件会被定义成-14~-1。

在发生Exception时,会直接备份一些暂存器(xPSR,R15,R14,R12,R3,R2,R2,R1,R0)，比较特别的是这些备份机制在硬体层就直接做掉了，不需要软件额外来做，return 就把他还原。

Priority Group

在ARM Cortex-M里，设定优先权的register bits被分为两个栏位

• group priority(靠近MSB这一边)（或称为preempt priority）
  • 如果一个exception handler正在执行，突然一个exception又进来，假设此exception 的 group priority 比你大的话就可以 preempt。
• subpriority within group(靠近LSB这一边)
  • 如果有多个相同优先权的exception handler在等待执行(Pending)，那麽先比较subpriority，比较高的排前面先执行，如果还是一样，Exception Number小的优先。

Excpetion 有 四种状态

• Pending - 中断信号已经被asserted，即中断已经到来，并且被识别到，这个可以是硬体产生或软件产生的。此时处於等待CPU处理的阶段。
• Active - 中断已经被CPU确认过，并且当前中断正在被处理。此时同一个中断不会被递交到此状态的CPU。直到此中断不再处於active状态
• Pending & Active - 中断正在处理，并且新的中断也已经到来。
• Inactive - 描述中断没有到来的状态，这里的定义是，不是处於active和pending状态。

参考资料

【嵌入式放牛班】Cortex-M Interrupt
浅谈优先权，从ARM Cortex-M到FreeRTOS设定