Sistemas Empotrados: Tema 4 - Excepciones

Sistemas Empotrados: Tema 4 - Excepciones e interrupciones, Lección 10 - Excepciones

• Concepto de excepción: Cualquier evento que causa la interrupción del flujo normal de ejecución de un programa. Puede implicar un cambio al modo de ejecución privilegiado.
• Clasificación de excepciones:
  • Condiciones de error: Pueden ser recuperables o no recuperables. Incluyen errores como instrucciones no definidas, errores de datos o fallos de prefetch/página.
  • Interrupciones: Paralizan la aplicación para ejecutar una tarea específica (servicios de sistema o dispositivos).
  • Llamadas al sistema: Manejan las peticiones de servicios de la aplicación.
  • Interrupciones: Manejan las peticiones de servicios de dispositivos.

Modos de ejecución y registros asociados:

• Modos de ejecución: Distintos modos de operación del procesador (User, FIQ, IRQ, Supervisor, Undefined, Abort, SVC). Cada modo tiene un banco de registros propio.
• Registros: Cada modo tiene un conjunto específico de registros. Existen registros como los de uso general (r0-r15), el contador de programa (PC), el registro de estado de programa (CPSR), y el registro de estado de programa guardado (SPSR), cada uno con un función específica.
• Cambios de contexto: Los cambios de contexto se agilizan utilizando diferentes bancos de registros para distintos modos de ejecución.

Excepciones y sus modos de ejecución asociados:

• Reset: Reinicio del sistema.
• Data abort: Error de acceso a datos.
• FIQ (Fast Interrupt Request): Peticiones de interrupción rápida.
• IRQ (Interrupt Request): Peticiones para interrupciones normales.
• Prefetch abort: Error de acceso a instrucciones.
• Software interrupt: Llamada a servicio de software.
• Undefined instruction: Instrucciones inválidas.

Tabla de vectores:

• Organización: La tabla de vectores define la ubicación de los manejadores de las excepciones y contiene las direcciones de las rutinas de manejo para cada tipo de excepción (reset, undefined instruction, prefetch abort, data abort, IRQ, FIQ, etc.).
• Saltos: Cada entrada en la tabla de vectores es una instrucción ejecutable que normalmente realiza un salto (branch) a la rutina de manejo correspondiente.
• Prioridades: Las excepciones tienen diferentes prioridades para la atención.

Gestión de excepciones

• Flujo del procesador: El procesador sigue estos pasos para la atención:
  • Mapea el banco de registros apropiado.
  • Copia el registro de estado de programa (CPSR) en el registro de estado guardado (SPSR) del nuevo modo.
  • Modifica el CPSR según el nuevo modo de ejecución.
  • Establece o deshabilita las interrupciones IRQ y FIQ según el nuevo modo de ejecución.
  • Guarda la dirección de retorno en el registro LR (Link Register).
  • Cambia el valor de la unidad de control de programa (PC) a la dirección del manejador de salto correspondiente
• Tipos de excepciones: Las excepciones incluyen reset, undefined instructions, prefetch/data aborts, FIQ, IRQ, y más.

Retorno del manejador de una excepción:

• Restablecimiento del modo: Para el retorno al estado anterior, se restaura el modo de ejecución anterior (copiando el SPSR al CPSR) y la dirección de retorno del PC (LR_mode).
• Saltos a las rutinas de manejo: Pueden existir diferentes opciones para regresar, dependiendo del tipo de manejador. Algunos requieren instrucciones de subrutina simples; otros, para el manejo completo del contexto, usan instrucciones de pila (push/pop).

Manejo de excepciones en C (GNU):

• Atributo attribute ((interrupt (""))): Se utiliza para declarar una función manejadora de excepciones en código C para que el compilador la maneje correctamente. <tipo> indica el tipo de excepción.

Interrupciones

• Tipos: IRQ y FIQ.
• Utilidad: Permiten que el procesador deje de ejecutar la tarea actual y atienda una solicitud de un dispositivo o programa externo. Esto incluye tareas como la llegada de un paquete de red al sistema o una entrada de un periférico como un teclado.
• Prioridades: Se establece un orden de prioridad para la atención de las interrupciones.
• HW controlador de interrupciones: Asisten en la rápida identificación de la fuente de interrupción para minimizar la pérdida de tiempo.

Abosrt:

• Definición: Una excepción que ocurre cuando el procesador intenta acceder a un dato o a una instrucción a través de una dirección que no está dentro del mapa de memoria de direcciones válidas.

Instrucción no definida:

• Definición: Se produce cuando el procesador encuentra una instrucción desconocida en el código. Habitualmente, se debe a que el procesador no reconoce una instrucción en particular.
• Utilidad: Ayuda a la compatibilidad de software en microprocesadores.