异常和中断

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异常是能够引起程序流偏离正常流程的事件，当异常发生时，正在执行的程序就会被挂起，处理器转而执行一块与该事件相关的代码（异常处理）。事件可以是外部输入，也可以是内部产生的，外部产生的事件通常被称作中断或中断请求（IRQ）。几乎所有的现代处理器都支持异常和中断，微控制器的中断可以由片上外设或软件产生。由此可见，通常我们处理的中断是异常的一种。

每种异常类型都有对应的优先级，有些异常的优先级是固定的，有些是可编程的。

$ Y3 d7 g, L! F0 o先说几个概念：

1、不可屏蔽中断（NMI）
NMI同IRQ类似，只是它不能被禁止，并且优先级仅次于复位，它对于工业控制和汽车之类的高可靠性系统非常有用。根据微控制器设计的不同，NMI可以用于掉电处理，也可以连接到看门狗单元，以便在系统停止响应时将系统复位。由于NMI不能被控制寄存器禁止，其响应的及时性就得到了保证。
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: h3 b$ T/ S- {: r' }2、硬件错误
4 E' P' p' l: f/ P" z硬件错误异常用于处理程序执行时产生的错误，这些错误可以是试图执行未知的操作码、总线接口或存储器系统的错误，也可以是试图切换至ARM状态之类的非法操作。

0 a5 c8 ?5 _  _$ @& u+ n8 `3、SVC（请求管理调用）
SVC指令执行时就会产生SVC异常，其通常用在具有操作系统的系统中，为应用程序提供了访问系统服务的入口。
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4、PendSV（可挂起的系统调用）
PendSV是用于带OS（操作系统）的应用程序的另外一个异常，SVC异常在SVC指令执行后会马上开始，PendSV在这点上有所不同，它可以延迟执行，在OS上使用PendSV就要确保高优先级任务完成后才执行系统调度。

5、系统节拍
NVIC中的Systick定时器为OS应用可以利用的另外一个特性。几乎所有操作系统的运行都需要上下文切换，而这一过程通常需要依靠定时器产生定时中断来完成。

5 }# ~" J( A  [' |  ?, X1 Z6、中断
中断信号可以连接到片上外设，也可以通过IO端口连接到外部中断源上。外部中断只有在使能后才能使用，如果中断被禁止了，或者处理器正在运行另外一个相同或更高优先级的异常处理，则该中断请求会被存储在挂起状态寄存器中。当高优先级的中断处理完成或返回后，挂起的中断请求才可以执行。NVIC能够接受的中断请求信号可以是高逻辑电平，也可以是中断脉冲。应该注意的是，在微控制器的外部接口中，外部中断信号可以是高电平也可以是低电平，或者可以通过编程配置。
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异常的处理流程：

. ]4 @5 @$ P1 {4 @8 }$ n% x4 d1、接受异常请求
% M9 ?7 ~5 y- X5 }' L! q' a3 f处理器要接受一个异常，需要满足的条件：
①对于中断和SysTick中断请求，中断必须使能
②处理器正在执行的异常处理的优先级不能相同或更大
③中断屏蔽寄存器没有屏蔽掉异常
; g( ~( w& ]# {% Y4 v  [特别注意一点：对于SVC异常，如果用到SVC指令的异常处理的优先级与SVC异常本身相同或更大，这种情况就会引起硬件错误异常处理的执行。
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& l! r, g5 F( T0 {# `2、压栈和出栈
为了使被中断的程序能正确继续执行，在程序切换至异常处理前，处理器当前状态的一部分应该被保存。不同架构处理器的处理方法不同，有的采用硬件自动处理的方法来备份和恢复处理器状态，看需求，有的是需要程序中增加软件处理过程。

  K+ t6 s& q, c% [" J/ P2 N异常处理过程执行到最后时，将会利用执行特殊值来触发异常返回机制。处理器还会查看当前是否还有其他异常需要处理，如果没有，处理器就会恢复之前存储在栈空间的寄存器值，并继续执行中断前的程序。

; t+ n: R3 |, r" I) t' ^自动保存和恢复寄存器内容的操作被称为“压栈”和“出栈”，这种机制使得异常处理可以跟普通的C函数一样处理，同时也减小了软件开销以及回路大小，因此也降低了系统的功耗。
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& h) T5 I, |& P% k6 V4 x3、异常返回指令
根据处理器的不同中断处理返回有的需要特殊指令，一般都是普通的返回指令，加载到PC中的数值则会触发异常返回，这样就使得异常处理可以和普通的C函数一样使用。
两个不同的指令可以用于异常返回：
BX  <Reg>q     ;将寄存器中的值加载到PC中
8 W" K9 p# ~; C% E/ y+ V或
9 R* a+ H/ m* f( y$ C( ?POP {<Reg1>,<Reg1>,...,PC}  OP指令，PC也是更新的寄存器之一
$ W# Q% T6 f+ c; @当其中一个指令执行，异常返回机制就会启动。
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4、末尾连锁
8 n: z5 U/ y5 w6 F' Z5 R如果当其他的异常处理完成后，还有异常处于挂起状态，这时处理器不会返回到中断前的程序，而是重新进入异常处理流程，这也被称作末尾连锁。当末尾连锁发生时，处理器不必马上恢复栈的值，因为如果这么做的话还得重新压栈。异常的末尾连锁降低了异常处理的开销，因此也提高了能耗效率。
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硬件错误异常用于处理程序执行时产生的错误

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不同架构处理器的处理方法不同