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第三十六天：Tiny4412驱动开发之模式跳转
ARM支持七种模式，如下图所示：
1、 User Mode：用户模式。
2、FIQ Mode：快速中断模式。
3、 IRQ Mode：中断模式。中断（不包括软中断）处理函数在这种模式下执行。
4、 Supervisor Mode：监视模式。软中断（SWI)处理函数在这种模式下执行。
5、 Abort Mode：所有同内存保护相关的异常均在这种模式下执行。
6、 Undefined Mode：处理无效指令的异常处理函数在这种模式下执行。
7、 System Mode：特权模式。
今天的任务是实现3，5和6模式的跳转。要实现跳转，就要制造异常，下面是异常向量表：
由上图可知，当发生软中断时，程序会到0x00000008地址执行，并处于监视模式，当发生取数据异常时，程序会到0x00000010处执行，并处于Abort模式，当发生未定义指令异常的时候，程序会到0x00000004处执行,并处于Undefined模式。
当发生异常的时候，就会跳到特定的地址去执行异常处理 程序，地址是从0x00000000d到0x00000001C。那么问题来了。我们可以根据下表可知，0x00000000～0x00010000地址是iROM，是不能写入处理的。这时候就需要利用到上文讲解的MMU，将0x000000000的地址映射到其它可以访问的地方。
我们先来模拟未定义指令异常，当程序发生未定义指令异常的时候，会跳转到0x000000004处运行，因为C语言不能指定指令存放的地址。所以需要使用内嵌汇编实现。先使用汇编实现处理指令，将指令放到0x60000004地址中，再开启MMU，将0x60000004地址映射到0x00000004地址中。
下面是具体代码的实现：
1 void (*printf)(char *,...) = 0xc3e114d8; 2 void memcpy(unsigned char *dest,unsigned char *source,int len); 3 void init_ttb(unsigned long *ttb); 4 void enable_mmu(void); 5 int main() 6 { 7 unsigned long source;//取vectorstart地址保存到source 8 __asm__ __volatile__( 9 "ldr %0,=vector_start\n" 10 :"=r" (source)11 );12 memcpy(0x60000004,source,0x100);//将vector_start的内容保存到0x60000004中13 14 enable_mmu();//开启MMU15 16 __asm__ __volatile__(17 ".word 0x77777777\n"//发生未定义指令异常18 );19 }20 void init_ttb(unsigned long *ttb)21 {22 unsigned long va = 0;23 unsigned long pa = 0;24 for(va=0x00000000; va<0x14000000; va+=0x100000){25 pa = va + 0x60000000;26 ttb[va >> 20] = pa | 2;27 }28 29 }30 void enable_mmu(void)31 {32 unsigned long ttb = 0x70000000;33 init_ttb(ttb);34 unsigned long mmu = 0;35 mmu = 1 | (1 << 3) | (1 << 8);36 __asm__ __volatile__(37 "mov r0, #3\n"38 "mcr p15, 0, r0, c3, c0, 0\n" //manager39 "mcr p15, 0, %0, c2, c0, 0\n" //ttb address40 "mcr p15, 0, %1, c1, c0, 0\n" //enable mmu41 :42 : "r" (ttb), "r" (mmu)43 );44 }45 void memcpy(unsigned char *dest,unsigned char *source,int len)46 {47 int i = 0;48 for(i = 0;i<len;i++){49 dest[i] = source[i];50 }51 52 }53 __asm__(54 55 "vector_start:\n"56 "mov sp,#0x66000000\n"57 "stmfd sp!,{r1-r12,lr}\n"58 59 "ldr r1,=string\n" 60 "bl printf\n"61 62 "loop:\n" 63 "b loop\n"64 65 "string: \n"66 ".asciz \"mode undefined\\n\" \n"67 ".align 2\n"68 );
开启MMU代码和建映射表的内容在前文章介绍过了，这里就解释内嵌汇编中异常处理函数。要解释前，还要贴一张表格：
在跳转中cpu要完成三件事情，一、将PC保存到新模式下的lr中，二、将CPSR保存在SPSR中，三，初始化SP。
前两步由硬件完成，第三步要我们完成，56行就是初始化SP代码，因为不同模式下的r1～r12是相同的，所以57行是入栈保护寄存器。后面的代码就是输出一段字符。
将代码拷到开发板中运行，输出mode undefined 说明模式跳转成功。
跳转过去了，这么回来呢？将这三步逆着执行就可以了。下面的代码是为了更好的了解将上面的代码分解成三个代码，完成软中断异常的跳转 ，最后还会跳回来。
分成三个代码思想更加简单，第一个是开启MMU，第二个是将异常处理代码放到0x00000008处，第三个是软中断触发程序。
1 nt (*printf)(char *, ...) = 0xc3e114d8; 2 3 void init_ttb(unsigned long *ttb); 4 void enable_mmu(void); 5 void memcpy(unsigned char *dest, unsigned char *source, int len); 6 7 int main() 8 { 9 enable_mmu();10 11 }12 13 14 void init_ttb(unsigned long *ttb)15 {16 unsigned long va = 0;17 unsigned long pa = 0;18 19 for(va=0x00000000; va<0x10000000; va+=0x100000){20 pa = va + 0x60000000;21 ttb[va >> 20] = pa | 2;22 }23 24 //10000000~14000000 -> 10000000~1400000025 for(va=0x10000000; va<0x14000000; va+=0x100000){26 pa = va;27 ttb[va >> 20] = pa | 2;28 }29 30 //40000000~80000000 -> 40000000~8000000031 for(va=0x40000000; va<0x80000000; va+=0x100000){32 pa = va;33 ttb[va >> 20] = pa | 2;34 }35 36 //30000000~40000000 -> 50000000~6000000037 for(va=0x30000000; va<0x40000000; va+=0x100000){38 pa = va + 0x20000000;39 ttb[va >> 20] = pa | 2;40 }41 }42 43 void enable_mmu(void)44 {45 unsigned long ttb = 0x70000000;46 init_ttb(ttb);47 unsigned long mmu = 0;48 mmu = 1 | (1 << 3) | (1 << 8);49 __asm__ __volatile__(50 "mov r0, #3\n"51 "mcr p15, 0, r0, c3, c0, 0\n" 52 "mcr p15, 0, %0, c2, c0, 0\n" 53 "mcr p15, 0, %1, c1, c0, 0\n" 54 :55 : "r" (ttb), "r" (mmu)56 );57 }
1 vector_start: 2 mov sp, #0x66000000 3 stmfd sp!, {r0-r12, lr} 4 sub r3,lr,#4 5 ldr r2,[r3] 6 7 ldr r0, =string 8 bic r1,r2,#0xff000000 9 ldr r2, show10 blx r211 12 mov sp,#0x6600000013 ldmea sp,{r0-r12,pc}^14 show:15 .word 0xc3e114d816 string:17 .asciz "hello swi %d\n"18 .align 2
1 int (*printf)(char *, ...) = 0xc3e114d8;2 int main()3 {4 __asm__ __volatile__(5 "swi #88\n"6 );7 printf("welcome back\n");8 }
运行代码后输出 hello 19 welcome back
因为处理的汇编函数直接放到0x000000008地址处，就不需要内存拷贝函数了。输出的19 表示10011 处于的模式为监视模式。
这里是获取（cpsr）cpu状态寄存器得到的结果。下面是cpsr的定义：
通过上图就知道后4位表示的是当前处于的模式。
取数据异常的模式跳转和上面的程序类似，就是处理异常存放的地址改为0x00000010.这里就不贴代码了。
最后老刘留了个问题：如果这三个异常同时发生会怎么样？（提示：二级跳转）
第三十六天：Tiny4412驱动开发之模式跳转