【ARMv8 异常模型入门及渐进 9

文章目录

1.1 IRQ 与 FIQ 区别
- 1.1.1 ARMv7 中断向量表
- 1.1.2 FIQ 与 IRQ 差异
- 1.1.3 Linux 禁用 FIQ
1.2 ARMv8 FIQ 介绍

1.1 IRQ 与 FIQ 区别

1.1.1 ARMv7 中断向量表

向量表中保存了一系列的跳转指令，当系统发生异常时，由处理器负责将程序执行流转到向量表中的跳转指令，最常见的就是中断向量，应用工程师只需要使用固定的函数名编写中断处理程序，在中断发生时该中断处理程序就会被自动调用，这背后的实现就是中断向量表的功劳。

在 armv7 中，中断向量表可以设置在两个地址：0x00000000 和 0xffff0000，由协处理器 cp15 的 SCTLR 的 bit13 来控制，默认情况下，中断向量表的位置在 0x00000000，实际上，对于操作系统而言，比如 linux，会更倾向于将中断向量表放在 0xffff0000 处，因为 0x0 处在用户空间下，需要额外做一些限制，而 0xffff0000 处在内核空间，另一方面，0 地址通常是 NULL 指针访问的地址，这需要 MMU 做相应的访问限制规则，总之，将向量表放在高地址处会更方便。

armv7 架构中向量表地址内容见下表：

对于ARMv7 linux 的中断向量表的定义在 arch/arm/kernel/entry-armv.S 中:

.L__vectors_start:W(b)    vector_rst    /* reset mode */W(b)    vector_und    /* undefined mode */W(ldr)  pc, .L__vectors_start + 0x1000    /* svc mode */W(b)    vector_pabt    /* abort mode (prefetch abort) */W(b)    vector_dabt    /* abort mode (data abort) */W(b)    vector_addrexcptn  /* unused */W(b)    vector_irq    /* irq mode */W(b)    vector_fiq    /* fiq mode */

当对应的 exception event 发生时，系统会自动地修改 CPSR 状态寄存器，并跳转到上表中的地址执行指令，而软件上要做的，就是在该地址上放置对应的代码，除了 FIQ 之外，其它模式对应的都是一条跳转指令，如果存放多于 4 字节的指令，将会覆盖调用后续的异常向量，因为 FIQ 是最后一条异常向量，根据其特殊性，FIQ 的处理指令可以直接放置在以 0xffff001c 处，当然，具体怎么做由软件的实现来决定。

1.1.2 FIQ 与 IRQ 差异

IRQ 与 FIQ 是 ARM 处理器的两种不同编程模式（ARMv7 Cortex-A 系列有 7 种处理模式）。
IRQ (Interrupt Request)：指中断模式；
FIQ (Fast Interrupt Request)：指快速中断模式。

具体差异如下

对 FIQ 来说系统必须进快处理中断请求并并快速离开这个模式;
FIQ 的优先级比 IRQ 高，IRQ 可以被 FIQ 所中断，但 FIQ 不能被 IRQ 所中断;
FIQ 模式下，比 IRQ 模式多了几个独立的寄存器。ARM 在编译的时候，如果 FIQ 中断处理程序足够用这几个独立的寄存器来运作，它就不会进行通用寄存器的压栈，这样也省了一些时间；
FIQ 的中断向量地址在 0x0000001C，而 IRQ 的在 0x00000018。(也有的在FFFF001C 以及 FFFF0018)。0x18 只能放一条指令，为了不与 0x1C 处的 FIQ 冲突，这个地方只能跳转，而 FIQ 不一样，0x1C 以后没有任何中断向量表了，这样可以直接在 0x1C 处放 FIQ 的中断处理程序，由于跳转的范围限制，至少少了一条跳转指令；
IRQ 和 FIQ 的响应延迟有区别，IRQ 的响应并不及时，会延迟几个指令周期才跳转到中断向量处，应该是在等预取的指令执行完。

1.1.3 Linux 禁用 FIQ

FIQ 在 linux 中并没有使用到，如上节内容提到的 FIQ 相对于 IRQ 而言，FIQ 拥有更高的优先级，它可以抢占 IRQ 的执行，同时 FIQ 本身的执行速度比 IRQ 要快一些，这类中断通常用在对响应时间有极高要求的系统中，比如 armv7-R 系列的处理器中会使用到。FIQ 的快速执行一方面体现在它有更高的优先级，另一方面，它拥有单独的寄存器，省去了参数的压栈时间，且处于中断向量表的最后一项，其执行代码不需要经过跳转。

至于为什么 linux 中不使用 FIQ，同时禁止 IRQ 中断的嵌套，这是因为支持中断的嵌套会给系统带来更大的复杂性，同时，过多中断的嵌套很可能导致栈的溢出，另一方面，随着硬件的发展，系统性能的瓶颈并不受限于中断的处理，当然，禁止 FIQ 以及中断的嵌套会略微地降低实时性，但是明显它带来的那点实时性提升并不足以弥补它所带来的缺点，两相权衡之下，在新版的内核中便取消了中断嵌套的支持(老版本中是支持的)。

1.2 ARMv8 FIQ 介绍

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