異常是能夠引起程序流偏離正常流程的事件，當(dāng)異常發(fā)生時(shí)，正在執(zhí)行的程序就會(huì)被掛起，處理器轉(zhuǎn)而執(zhí)行一塊與該事件相關(guān)的代碼（異常處理）。事件可以是外部輸入，也可以是內(nèi)部產(chǎn)生的，外部產(chǎn)生的事件通常被稱(chēng)作中斷或中斷請(qǐng)求（IRQ）。幾乎所有的現(xiàn)代處理器都支持異常和中斷，微控制器的中斷可以由片上外設(shè)或軟件產(chǎn)生。由此可見(jiàn)，通常我們處理的中斷是異常的一種。

每種異常類(lèi)型都有對(duì)應(yīng)的優(yōu)先級(jí)，有些異常的優(yōu)先級(jí)是固定的，有些是可編程的。

先說(shuō)幾個(gè)概念：

1、不可屏蔽中斷（NMI）

NMI同IRQ類(lèi)似，只是它不能被禁止，并且優(yōu)先級(jí)僅次于復(fù)位，它對(duì)于工業(yè)控制和汽車(chē)之類(lèi)的高可靠性系統(tǒng)非常有用。根據(jù)微控制器設(shè)計(jì)的不同，NMI可以用于掉電處理，也可以連接到看門(mén)狗單元，以便在系統(tǒng)停止響應(yīng)時(shí)將系統(tǒng)復(fù)位。由于NMI不能被控制寄存器禁止，其響應(yīng)的及時(shí)性就得到了保證。

2、硬件錯(cuò)誤

硬件錯(cuò)誤異常用于處理程序執(zhí)行時(shí)產(chǎn)生的錯(cuò)誤，這些錯(cuò)誤可以是試圖執(zhí)行未知的操作碼、總線(xiàn)接口或存儲(chǔ)器系統(tǒng)的錯(cuò)誤，也可以是試圖切換至ARM狀態(tài)之類(lèi)的非法操作。

3、SVC（請(qǐng)求管理調(diào)用）

SVC指令執(zhí)行時(shí)就會(huì)產(chǎn)生SVC異常，其通常用在具有操作系統(tǒng)的系統(tǒng)中，為應(yīng)用程序提供了訪(fǎng)問(wèn)系統(tǒng)服務(wù)的入口。

4、PendSV（可掛起的系統(tǒng)調(diào)用）

PendSV是用于帶OS（操作系統(tǒng)）的應(yīng)用程序的另外一個(gè)異常，SVC異常在SVC指令執(zhí)行后會(huì)馬上開(kāi)始，PendSV在這點(diǎn)上有所不同，它可以延遲執(zhí)行，在OS上使用PendSV就要確保高優(yōu)先級(jí)任務(wù)完成后才執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)度。

5、系統(tǒng)節(jié)拍

NVIC中的SysTick定時(shí)器為OS應(yīng)用可以利用的另外一個(gè)特性。幾乎所有操作系統(tǒng)的運(yùn)行都需要上下文切換，而這一過(guò)程通常需要依靠定時(shí)器產(chǎn)生定時(shí)中斷來(lái)完成。

6、中斷

中斷信號(hào)可以連接到片上外設(shè)，也可以通過(guò)IO端口連接到外部中斷源上。外部中斷只有在使能后才能使用，如果中斷被禁止了，或者處理器正在運(yùn)行另外一個(gè)相同或更高優(yōu)先級(jí)的異常處理，則該中斷請(qǐng)求會(huì)被存儲(chǔ)在掛起狀態(tài)寄存器中。當(dāng)高優(yōu)先級(jí)的中斷處理完成或返回后，掛起的中斷請(qǐng)求才可以執(zhí)行。NVIC能夠接受的中斷請(qǐng)求信號(hào)可以是高邏輯電平，也可以是中斷脈沖。應(yīng)該注意的是，在微控制器的外部接口中，外部中斷信號(hào)可以是高電平也可以是低電平，或者可以通過(guò)編程配置。

異常的處理流程：

1、接受異常請(qǐng)求

處理器要接受一個(gè)異常，需要滿(mǎn)足的條件：

①對(duì)于中斷和SysTick中斷請(qǐng)求，中斷必須使能

②處理器正在執(zhí)行的異常處理的優(yōu)先級(jí)不能相同或更大

③中斷屏蔽寄存器沒(méi)有屏蔽掉異常

特別注意一點(diǎn)：對(duì)于SVC異常，如果用到SVC指令的異常處理的優(yōu)先級(jí)與SVC異常本身相同或更大，這種情況就會(huì)引起硬件錯(cuò)誤異常處理的執(zhí)行。

2、壓棧和出棧

為了使被中斷的程序能正確繼續(xù)執(zhí)行，在程序切換至異常處理前，處理器當(dāng)前狀態(tài)的一部分應(yīng)該被保存。不同架構(gòu)處理器的處理方法不同，有的采用硬件自動(dòng)處理的方法來(lái)備份和恢復(fù)處理器狀態(tài)，看需求，有的是需要程序中增加軟件處理過(guò)程。

異常處理過(guò)程執(zhí)行到最后時(shí)，將會(huì)利用執(zhí)行特殊值來(lái)觸發(fā)異常返回機(jī)制。處理器還會(huì)查看當(dāng)前是否還有其他異常需要處理，如果沒(méi)有，處理器就會(huì)恢復(fù)之前存儲(chǔ)在棧空間的寄存器值，并繼續(xù)執(zhí)行中斷前的程序。

自動(dòng)保存和恢復(fù)寄存器內(nèi)容的操作被稱(chēng)為“壓?！焙汀俺鰲！保@種機(jī)制使得異常處理可以跟普通的C函數(shù)一樣處理，同時(shí)也減小了軟件開(kāi)銷(xiāo)以及回路大小，因此也降低了系統(tǒng)的功耗。

3、異常返回指令

根據(jù)處理器的不同中斷處理返回有的需要特殊指令，一般都是普通的返回指令，加載到PC中的數(shù)值則會(huì)觸發(fā)異常返回，這樣就使得異常處理可以和普通的C函數(shù)一樣使用。

兩個(gè)不同的指令可以用于異常返回：

BX 《Reg》q ;將寄存器中的值加載到PC中

或

POP {《Reg1》，《Reg1》，。..，PC} ;POP指令，PC也是更新的寄存器之一

當(dāng)其中一個(gè)指令執(zhí)行，異常返回機(jī)制就會(huì)啟動(dòng)。

4、末尾連鎖

如果當(dāng)其他的異常處理完成后，還有異常處于掛起狀態(tài)，這時(shí)處理器不會(huì)返回到中斷前的程序，而是重新進(jìn)入異常處理流程，這也被稱(chēng)作末尾連鎖。當(dāng)末尾連鎖發(fā)生時(shí)，處理器不必馬上恢復(fù)棧的值，因?yàn)槿绻@么做的話(huà)還得重新壓棧。異常的末尾連鎖降低了異常處理的開(kāi)銷(xiāo)，因此也提高了能耗效率。

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