ARM处理器的异常模式

1、ARM处理器有各种异常模式，用于应对ARM出现的不同状态。出现异常时，会随即进入相关的异常向量，同时CPSR的寄存器也会设置成具体的模式。

例：当出现中断时，不管是哪种中断，都会跳转到0x18这个总入口地址（也有可能是0xFFFFFF18，看系统初始化的虚拟地址，无所谓），然后通过中断号执行具体的中断注册函数。

同时会把CPSR寄存器设置成相应的模式。

当从一个模式切换到另一个模式的时候，需要把之前模式下的HW context保存起来，比方说从用户态进入内核态，因为新模式下，内存区域划分是不一样的。如下图，各个模式下的通用寄存器是同一份，在两种模式下，可以用来传递信息，但是像sp，lr跟空间相关的寄存器会独立一份。

2、出现异常时，如何进入异常模式

2.1、在内核启动阶段，会对异常向量表完成初始化。

start_kernel
    setup_arch
        early_trap_init

void __init early_trap_init(void *vectors_base)
{
	unsigned long vectors = (unsigned long)vectors_base;
	extern char __stubs_start[], __stubs_end[];
	extern char __vectors_start[], __vectors_end[];
	unsigned i;

	vectors_page = vectors_base;

    ......

	/*
	 * Copy the vectors, stubs and kuser helpers (in entry-armv.S)
	 * into the vector page, mapped at 0xffff0000, and ensure these
	 * are visible to the instruction stream.
	 */
	memcpy((void *)vectors, __vectors_start, __vectors_end - __vectors_start);
	memcpy((void *)vectors + 0x1000, __stubs_start, __stubs_end - __stubs_start);

    ......
}

异常向量地址保存在vectors_base变量(CONFIG_VECTORS_BASE=0xffff0000)中。

异常向量地址__vectors_start在entry-armv.S - arch/arm/kernel/entry-armv.S - Linux source code (v5.16.9) - Bootlin实现初始化。

在编译的时候，地址已经确定

grep "__vectors" System.map -nR

启动的时候，可以看到异常向量的地址分布情况。

2.2、出现异常时，跳转到异常向量入口__vectors_start，不同的异常对应着不同的偏移量，从图1可以看出software interrrupt对应着异常向量第三项，即W(ldr)    pc, .L__vectors_start + 0x1000对应着software interrupt的入口。

.L__vectors_start:
	W(b)	vector_rst
	W(b)	vector_und
	W(ldr)	pc, .L__vectors_start + 0x1000
	W(b)	vector_pabt
	W(b)	vector_dabt
	W(b)	vector_addrexcptn
	W(b)	vector_irq
	W(b)	vector_fiq

	.data
	.align	2

	.globl	cr_alignment

 后续会根据宏定义跳转到具体的异常向量处理流程。

	.macro	vector_stub, name, mode, correction=0
	.align	5

vector_\name:
	.if \correction
	sub	lr, lr, #\correction
	.endif

	@
	@ Save r0, lr_<exception> (parent PC) and spsr_<exception>
	@ (parent CPSR)
	@
	stmia	sp, {r0, lr}		@ save r0, lr
	mrs	lr, spsr
	str	lr, [sp, #8]		@ save spsr

	@
	@ Prepare for SVC32 mode.  IRQs remain disabled.
	@
	mrs	r0, cpsr
	eor	r0, r0, #(\mode ^ SVC_MODE | PSR_ISETSTATE)
	msr	spsr_cxsf, r0

	@
	@ the branch table must immediately follow this code
	@
	and	lr, lr, #0x0f
 THUMB(	adr	r0, 1f			)
 THUMB(	ldr	lr, [r0, lr, lsl #2]	)
	mov	r0, sp
 ARM(	ldr	lr, [pc, lr, lsl #2]	)
	movs	pc, lr			@ branch to handler in SVC mode
ENDPROC(vector_\name)