》老师讲ARM课程：小明，你说说中断和缺页中断有什么区别？小明：他们不是同一个妈妈老师：小明同学，走开……”昨天我们和大家聊了中断处理函数中遇到的缺页中断。我们只讨论了do_page_fault()的内核处理路径。基本上这个处理路径已经包含了主要和最难理解的场景，当然对于简单的do_translation_fault()/do_sect_fault()路径，我们认为代码比较简单易懂，所以忽略。那么今天就让我们重新认识一下ARMv7上的异常处理吧。要了解ARMv7上的异常处理，自然离不开ARM官方手册。这个在ARM官网上可以下载，一共2600多页，不过不用担心，ARMv8手册一共6666页，是不是有点吓人？ARMv8，以后有机会再介绍给大家。01打开ARMv7手册，B1.8章开始介绍异常处理。开头先介绍一下异常向量表。需要注意的是，ARM的芯片手册的介绍，把几种模式一起介绍，Hyp模式，Monitor模式，Secure模式，非安全模式，这会让初学者看的有点眼花缭乱。将这些模式分成不同的章节可能会更好。假设我们只关注Linux内核运行的场景，那么我们应该关注非安全模式。这里显示异常处理主要包括prefetchabort、dataabort和undefinedabort。实际上，dataabort和prefetchabort都与pagefault中断有关。还有一个放置向量表的问题。传统的向量表可以放在0x0或者0xffff_0000这两个位置。当然SCTL寄存器的V域可以根据程序员的要求设置在向量表所在的位置。然后在B.1.8.3章节介绍了如果发生异常，ARM处理器会做那些事情。傻大叔把上图翻译成这样：硬件，首先要确定触发哪个异常？Prefetchabortordataorundefined，这应该不是我们的程序元拍头把异常发生的场景的CPSR保存到异常模式的SPSR寄存器，保存返回地址（returnaddress）到LR寄存器，并将CPSR.M字段设置为对应的模式，并切换到该模式。设置相应的掩码位，防止异常嵌套PC指向向量表中相应的地方，然后在出现go异常时以异常模式运行。ARM很奇怪，每种模式都有自己的堆栈，中断也是如此。通常硬件会带你进入异常模式，但是异常模式的栈空间有限，没办法保存所有上下文，怎么办？通常软件在异常模式下抖动后运行到SVC模式。下面笨叔叔以运行linuxkernel_4.0的git树代码为例。例如，现在发生数据中止，代码将跳转到异常向量表中的vector_dabt。(arch/arm/kerne/entry-armv.S)上面代码中的1188行代码，vector_stub是一个宏。有朋友会问，为什么这个宏的最后一个参数是8，而vector_irq是4？大家这道题还是得靠ARMv7手册，谁让我们吃穿的。B1.8.3章节中有这样一张表，意思是每次异常发生时，LR寄存器中存储的值是异常发生点的地址加上一个偏移量，因为是流水线。但是我们OS中保存的LR需要减去这个偏移量，我们在vector_stub宏代码中可以看到。vector_stub宏代码如下：笨叔大致分为4个部分来理解，就简单多了。第一部分减去刚刚提到的偏移量得到真正的LR返回地址，第二部分在异常发生时将LR和SPSR寄存器保存到异常栈中，第三部分切换到SVC模式，第四部分判断是否异常发生在用户态的还是内核态，然后分别跳转到_dabt_svc和_dabt_usr。vector_stub宏的每行代码的解释可以在《奔跑吧linux内核》的第621页找到。下面以_data_svc为例。svc_entry和svc_exit都是宏。具体代码分析见《奔跑吧linux内核》的5.1.4小节。对应ARMv7处理器，最终会运行到汇编函数v7_early_abort。第16和17行是什么意思？涉及到的两个寄存器是FSR和FAR。我们先看芯片手册B3.13.1章节。这里我们介绍当异常发生时，我们如何知道发生了什么。因为硬件可以准确的获取到异常的原因和地址，而我们的程序员却不知道，所以需要通过寄存器来告诉我们对不对？这里巴拉巴拉告诉大家，有一个寄存器FSR，存放异常状态信息，还有一个寄存器FAR，存放异常发生的地址。这两个寄存器在哪里描述？关于这两个寄存器的详细说明，请参见B4.1.51和B4.1.52节。其中最重要的是FS寄存器域。注意这里的FS域由两部分组成，一个是BIT[0~3]和BIT[10]，是不是有点奇怪？代码是这样的。至少我们是对应的。读FS域有什么用？请参考手册的B3.13.3章节，这里有一个表格来描述FS域的用法。该表定义了多种页面错误异常，如翻译错误、访问错误、域错误、权限错误等。do_DataAbort()函数如下。可以关注547行，这里fsr_fs()刚才已经讲过了，fsr_info定义为一个表。通过FSR寄存器的FS域查表，然后跳转到相应的处理函数。可以对比一下代码和FS表，看看什么情况下会走到do_translation_fault()/do_sect_fault()，什么情况下会走到do_page_fault。ARM中也有一个异常，叫做prefetchabort，代码路径和原理类似，可以自行阅读ARMv7手册和对应代码。我们跑吧！Linux社区坚持原创文章，正宗且绝不转载！喜欢的话记得打赏转发，谢谢！预告：奔跑吧Linux社区第二季《进程、锁和中断三合一》，初级篇和旗舰篇即将上线，敬请期待！
