RT-Thread MIPS分支连载：MIPS32的异常与中断

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本篇说的是MIPS的异常与中断。

异常与中断
可能很多人不是太明白这两者的含义：

• 异常，是指计算机在执行程序的过程中，当出现异常情况或特殊请求时，计算机停止现行程序的运行，转而对这些异常情况或特殊请求的处理。

• 中断，是异常的一种，通常指的是由于外设引起的中断，在MIPS中，一般占用0号异常。中断运行结束后会返回被打断程序的间断处，继续执行原程序。

不包括中断的异常例如：TLB相关的异常，cache出错的异常，软件中断异常，浮点异常等。

另外提到异常，在MIPS中都会提及到一个"精确异常"的词。MIPS是一个流水线的处理器，例如通常5级流水线会包含：取址，读取寄存器，执行运算逻辑，访问内存，写回寄存器。这几步会被并行的在流水线上执行，所以，当一个异常产生了时，下一条指令很可能已经在流水线上了。精确异常指的就是，在抛出异常的位置，之前的指令都已经执行完毕，该指令之后的指令都不需要软件处理上做任何考虑。

异常和中断处理
MIPS处理器是一种非常简洁的处理器，一个核心包括了基本的指令处理。对于一些其他的，例如在其他系统中经常见到的：中断处理，MMU单元，cache等，MIPS处理器采用的是CP0协处理器来解决，相应的也就有了CP0相关的指令。

也就是说，一块MIPS处理器，它会有基本相同的系统相关部件处理方式，而不是把这些做为外设推到各个厂家去自行实现。例如异常入口位置是固定的，MMU操作、cache操作方式相同的等。当然，根据具体芯片外设的不同，外设中断也需要相应的中断控制器。

当SR(BEV = 0)时，异常入口位置将位于RAM上：EBase + 偏移量（MIPS32 release1的EBase是0x8000 0000）

EBase + 0x200 Interrupts (Cause(IV) = 1)
EBase + 0x180 General exceptions
EBase + 0x100 Cache error
EBase + 0x000 Simple TLB refill (SR(EXL) = 0)

对于MIPS32，中断异常的入口点在offset 0x180或 offset 0x200，具体是哪个取决于Cause寄存器的值。MIPS32 release2在release1的基础上添加了向量中断的扩展。而MIPS2，中断异常的入口点则是0x80000200。
当异常来临时，CP0中的SR寄存器会反映出相应的状态处理。EPC寄存器存放着异常来临前的位置，当异常结束后，应该再跳转回来继续运行。

下图是SR寄存器的格式：

与中断相关的几个位：
IE，全局中断使能位；
EXL，任意异常发生时置位，并会进入核心态，禁止中断。
ERL，在CPU发现收到错误数据时置位。
IM0 - 7，中断0 - 7的屏蔽位；

中断仅在以下条件满足的时候触发：
1. SR寄存器中的IE位置位
2. SR寄存器中的EXL和ERL位置零。
3. 中断源触发了中断

中断异常处理的过程：
1. 在异常处理程序入口，被中断打断的程序只有很少状态信息保存了下来，所以第一件要做的事就是保存当前上下文的信息到栈中，以不覆盖被中断程序的重要数据。
2. 查询Cause (ExcCode)以分派不同的异常。如果是异常0，需要转到中断处理程序中进行处理。
3. 如果是中断，进入到中断派发流程，需要从外设中断控制器中读出是哪个中断触发，然后寻找相应的中断服务例程进行运行。
4. 从异常返回：异常结束处理是另一个CPU状态发生变化的区域。
 

下图是Cause寄存器的格式：

与异常、中断相关的位：
ExcCode，对应的是，当异常产生时，是哪个异常触发了。
IP0 - IP7，对应一组八个独立的中断位，也就是八个中断，通常有2个软中断，6个硬中断：

* 定时器中断通常被连接到了IP7（即硬中断的中断5上）。
* performance counter是CP0中的一个寄存器，它会按照CPU主频或半频的方式计数。
（定时器中断是和OS密切相关的，特别是当程序携带时间特性时，都需要依赖它来进行运转下去）

[ 本帖最后由 ffxz 于 2010-11-5 22:34 编辑 ]

ffxz

一个代码小片段，这个是RT-Thread中BSP必须提供的：开关芯片的中断

/*
 * rt_base_t rt_hw_interrupt_disable()
 */
    .globl rt_hw_interrupt_disable
rt_hw_interrupt_disable:
    mfc0   v0, CP0_STATUS           /* 取SR寄存器         */
    and    v1, v0, 0xfffffffe       /* 第0位清零          */
    mtc0   v1, CP0_STATUS           /* 回写到SR寄存器中   */
    jr     ra
    nop

/*
 * void rt_hw_interrupt_enable(rt_base_t level)
 */
    .globl rt_hw_interrupt_enable
rt_hw_interrupt_enable:
    mtc0   a0, CP0_STATUS           /* 把入口参数写回到SR寄存器中 */
    jr     ra
    nop

[ 本帖最后由 ffxz 于 2010-11-5 22:35 编辑 ]

ffxz

呵呵，发句小牢骚，EEWorld的论坛内容格式编辑还有待提高，非常容易导致排版错掉了。

上PDF版本吧