ARMv8-A Exception Handling---DragonKingZhu

本节来详细描述下ARMv8-A下的异常处理。

异常的概述：

当设备正在愉快的执行时候，此时发生了一个异常，处理器就必须暂停当前的任务，转而去处理发生的异常。当异常处理完毕后，处理就会发回到被打断的程序继续执行。

此图就是描述异常的处理流程。

异常的分类：

异常分为同步异常和异步异常，而这两种异常的区别是：

同步异常：如果异常的产生是通过执行指令，而且返回结果提供了产生异常的详细信息，则此类异常称为同步异常（Synchronous Exceprions）

异步异常：如果异常不是通过指令执行产生，而且返回结果不提供产线异常的详细信息，则此类异常为异步异常（asynchronous exceptions）

异步异常（Asynchronous Exceptions）中断 IRQ（normal priority interrupt）FIQ（Fast Interrupt）其中FIQ的优先级比IRQ的优先级高。这两种中断类型都是通过pin脚连接到中断控制器（GIC），当外部触发一个中断的时候，中断控制器就会仲裁和转发此中断到相应的CPUSError（System Error）同步异常（Synchronous Exceptions）

同步异常包含的类型很多，比如第一次申请内存，当去写或者读的时候就会触发一次page fault,此类异常就属于同步异常

从MMU发出的指令abort。 当cpu尝试去执行一块没有执行权限的内存区域，则会发生指令abort从MMU发出的数据abort。 当cpu尝试去写一块只读的内存区域，则会发生data abortSP和PC的对齐检查同步外部异常未分配的异常：当第一次访问申请内存时，cpu会通过mmu去寻找虚拟地址对应的物理地址，而此时因为此虚拟地址没有对应的物理地址，则会发生未分配的异常debug时发生的异常Services Calls（SVC，SMC，HVC）SVC，HVC，SMC指令SVC（Supervisor Call） 当用户空间通过系统调用陷入到内核空间的时候，则最终会通过SVC指令进入到内核空间HVC（Hypervisor Call） 当在ARMv8-A架构下，normal world, EL1尝试去访问EL2的时候，则会陷入到虚拟化层的，其中是通过HVC指令SMC（Secure Moniter Call） 用于切换noramal world 和 secure world使用。异常处理涉及到的寄存器

我们先来看下异常处理的整个过程

当异常发生时，硬件会自动做如下几个步骤：

将PSTATE的状态保存到SPSR_ELn寄存器中，根据当前所在的EL级别来保存到对应的SPSR寄存器中。如果当前的异常发生在EL1，则将PSTATE的状态保存到SPSR_EL1中将PC的值存储在ELR_ELn寄存器中，也是根据当前所处的EL级别。以上两个步骤是硬件自动保存的，不需要软件的干涉假设当前是一个IRQ中断，软件上也会保存一些现场的。当异常处理完毕后，则会将之前保存的值恢复SPSR_ELn的值恢复到PSTATE中，ELR_ELn恢复到PC

PSTATE，SPSR已经在上一篇文章Process Status中做过描述了，此处不做说明了。

当一个异常发生时，如果确定异常的类型

当异常发生时，我们可以从ESR_ELn寄存器中获取对应的异常状态。

Bits[31:26] 用来确定异常的类型，Exception classBit[25]: 用来确定异常指令的长度，0代表16位异常指令，1代表32位异常Bits[24:0]: 用来确定具体的异常，每种异常类型独立定义此字段

比如：

ARM64 异常向量表

这四组在EL1的实现为，也就是linux内核的实现为：

424/* 425 * Exception vectors. 426 */ 427 .pushsection ".entry.text", "ax" 428 429 .align 11 430ENTRY(vectors) 431 kernel_ventry 1, sync_invalid // Synchronous EL1t 432 kernel_ventry 1, irq_invalid // IRQ EL1t 433 kernel_ventry 1, fiq_invalid // FIQ EL1t 434 kernel_ventry 1, error_invalid // Error EL1t 435 436 kernel_ventry 1, sync // Synchronous EL1h 437 kernel_ventry 1, irq // IRQ EL1h 438 kernel_ventry 1, fiq_invalid // FIQ EL1h 439 kernel_ventry 1, error // Error EL1h 440 441 kernel_ventry 0, sync // Synchronous 64-bit EL0 442 kernel_ventry 0, irq // IRQ 64-bit EL0 443 kernel_ventry 0, fiq_invalid // FIQ 64-bit EL0 444 kernel_ventry 0, error // Error 64-bit EL0 445 446#ifdef CONFIG_COMPAT 447 kernel_ventry 0, sync_compat, 32 // Synchronous 32-bit EL0 448 kernel_ventry 0, irq_compat, 32 // IRQ 32-bit EL0 449 kernel_ventry 0, fiq_invalid_compat, 32 // FIQ 32-bit EL0 450 kernel_ventry 0, error_compat, 32 // Error 32-bit EL0 451#else 452 kernel_ventry 0, sync_invalid, 32 // Synchronous 32-bit EL0 453 kernel_ventry 0, irq_invalid, 32 // IRQ 32-bit EL0 454 kernel_ventry 0, fiq_invalid, 32 // FIQ 32-bit EL0 455 kernel_ventry 0, error_invalid, 32 // Error 32-bit EL0 456#endif 457END(vectors)

分为四组，其中第一组是invaild的。

如果异常级别是EL1，也就是Current EL，则偏移地址为0x200如果异常类型是64位应用程序，异常级别是EL0发生，则偏移地址为0x400如果异常类型是32位应用程序，异常级别是EL0发生，则偏移地址为0x600 ---来自腾讯云社区的---DragonKingZhu