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，正在執(zhí)行的程序就會被掛起，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)生的事件通常被稱作中斷或中斷請求（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，通常我們處理的中斷是異常的一種。

每種異常類型都有對應(yīng)的優(yōu)先級，有些異常的優(yōu)先級是固定的，有些是可編程的。

先說幾個概念：

1、不可屏蔽中斷（NMI）

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

2、硬件錯誤

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

3、SVC（請求管理調(diào)用）

SVC指令執(zhí)行時就會產(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)用程序提供了訪問系統(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)用程序的另外一個異常，SVC異常在SVC指令執(zhí)行后會馬上開始，PendSV在這點上有所不同，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定時器為OS應(yīng)用可以利用的另外一個特性。幾乎所有操作系統(tǒng)的運(yùn)行都需要上下文切換，而這一過程通常需要依靠定時器產(chǎn)生定時中斷來完成。

6、中斷

中斷信號可以連接到片上外設(shè)，也可以通過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)行另外一個相同或更高優(yōu)先級的異常處理，則該中斷請求會被存儲在掛起狀態(tài)寄存器中。當(dāng)高優(yōu)先級的中斷處理完成或返回后，掛起的中斷請求才可以執(zhí)行。NVIC能夠接受的中斷請求信號可以是高邏輯電平，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，外部中斷信號可以是高電平也可以是低電平，或者可以通過編程配置。

異常的處理流程：

1、接受異常請求

處理器要接受一個異常，需要滿足的條件：

①對于中斷和SysTick中斷請求，中斷必須使能

②處理器正在執(zhí)行的異常處理的優(yōu)先級不能相同或更大

③中斷屏蔽寄存器沒有屏蔽掉異常

特別注意一點：對于SVC異常，如果用到SVC指令的異常處理的優(yōu)先級與SVC異常本身相同或更大，這種情況就會引起硬件錯誤異常處理的執(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，有的采用硬件自動處理的方法來備份和恢復(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程。

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

自動保存和恢復(fù)寄存器內(nèi)容的操作被稱為“壓棧”和“出棧”，這種機(jī)制使得異常處理可以跟普通的C函數(shù)一樣處理，同時也減小了軟件開銷以及回路大小，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)其中一個指令執(zhí)行，異常返回機(jī)制就會啟動。

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)，這時處理器不會返回到中斷前的程序，而是重新進(jìn)入異常處理流程，這也被稱作末尾連鎖。當(dāng)末尾連鎖發(fā)生時，處理器不必馬上恢復(fù)棧的值，因為如果這么做的話還得重新壓棧。異常的末尾連鎖降低了異常處理的開銷，因此也提高了能耗效率。

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