一、预备知识
中断处理与cpu体系结构强相关，比如x86处理器与arm处理器对中断的处理方式是不一样的；本文对arm32的中断子系统进行分析，因此首先需要熟悉一些arm32体系结构的知识。
1.1 arm32处理器的运行模式
|
处理器模式 |
描述 |
|
用户模式(User, usr) |
正常程序执行的模式 |
|
快速中断模式(FIQ, fiq) |
用于高速数据传输和通道处理 |
|
外部中断模式(IRQ, irq) |
用于通道的中断处理 |
|
特权模式(Supervisor, sve) |
供操作系统使用的一种保护模式 |
|
数据访问中止模式(Abort, abt) |
用于虚拟存储及存储保护 |
|
未定义指令中止模式(Undefined, und) |
用于支持通过软件仿真硬件的协处理器 |
|
系统模式(System, sys) |
用于运行特权级的操作系统任务 |
如上表所示，ARM32处理器共有7种运行模式，除用户模式外，其他6种称为特权模式，在特权模式下，程序可以访问所有的系统资源，也可以任意进行处理器模式切换（在用户模式下，无法进行模式切换）。其中，除系统模式外，其他5种特权模式又称为异常模式。
处理器模式可以通过软件修改状态寄存器CPSR进行切换，处理器也可以通过响应外部中断，自动修改CPSR寄存器进行工作模式切换。
1.2 arm32处理器的寄存器
Arm32处理器每一种运行模式都有一组寄存器，这些寄存器包括15个通用寄存器（R0~R14）、一个或两个状态寄存器以及程序计数器（PC）；在所有的寄存器中，有些是各模式共用的物理寄存器，有些是各模式自己拥有的独立的物理寄存器，因此，在进行模式切换的时候，需要对各模式共用的物理寄存器进行上下文保存，以便现场恢复。各模式下的寄存器如下表所示。
|
用户模式 |
系统模式 |
特权模式 |
中止模式 |
未定义指令模式 |
外部中断模式 |
快速中断模式 |
|
R0 |
R0 |
R0 |
R0 |
R0 |
R0 |
R0 |
|
R1 |
R1 |
R1 |
R1 |
R1 |
R1 |
R1 |
|
R2 |
R2 |
R2 |
R2 |
R2 |
R2 |
R2 |
|
R3 |
R3 |
R3 |
R3 |
R3 |
R3 |
R3 |
|
R4 |
R4 |
R4 |
R4 |
R4 |
R4 |
R4 |
|
R5 |
R5 |
R5 |
R5 |
R5 |
R5 |
R5 |
|
R6 |
R6 |
R6 |
R6 |
R6 |
R6 |
R6 |
|
R7 |
R7 |
R7 |
R7 |
R7 |
R7 |
R7 |
|
R8 |
R8 |
R8 |
R8 |
R8 |
R8 |
R8_fiq |
|
R9 |
R9 |
R9 |
R9 |
R9 |
R9 |
R9_fiq |
|
R10 |
R10 |
R10 |
R10 |
R10 |
R10 |
R10_fiq |
|
R11 |
R11 |
R11 |
R11 |
R11 |
R11 |
R11_fiq |
|
R12 |
R12 |
R12 |
R12 |
R12 |
R12 |
R12_fiq |
|
R13 |
R13 |
R13_svc |
R13_abt |
R13_und |
R13_irq |
R13_fiq |
|
R14 |
R14 |
R14_svc |
R14_abt |
R14_und |
R14_irq |
R14_fiq |
|
PC |
PC |
PC |
PC |
PC |
PC |
PC |
|
CPSR |
CPSR |
CPSR |
CPSR |
CPSR |
CPSR |
CPSR |
|
SPSR_svc |
SPSR_abt |
SPSR_und |
SPSR_irq |
SPSR_fiq |
一般，R13作为栈指针SP，R14作为lr，存放当前子程序的返回地址。
1.3 中断控制器GIC
在arm体系结构中，所有的中断都是统一汇聚到中断控制器GIC，然后，由GIC统一处理分发给各个cpu；这个中断控制器GIC是ARM公司设计的，目前有V1~V4这几个版本，本文分析的是GIC-V2。
1.4 arm32处理器异常中断的处理方法
Arm32处理异常使用异常向量表的机制。针对arm32体系中的7种异常中断（复位、未定义指令、软件中断、指令预取中止、数据访问中止、外部中断请求以及快速中断请求），在内存中需要创建一张异常向量表（异常向量表的存放地址可以通过CP15协处理器的寄存器指定），表的每一项对应一种异常中断的处理函数；那么，当cpu检测到中断发生时，就会自动将处理器的工作模式切换到该异常模式（比如IRQ中断，处理器会自动将CPSR拷贝到SPSR_IRQ，然后，修改CPSR的相应bit，进入IRQ中断模式），然后将程序计数器PC指向对应的异常向量。
参考资料：《ARM体系结构与编程》