轉(zhuǎn)自：https://blog.csdn.net/u011280717/article/details/77395675

工作中用到了smc指令，感覺(jué)除了arm的手冊(cè)介紹這個(gè)指令的資料并不是太多，所以寫(xiě)這篇文章記錄一下。

SMC是TrustZone的一部分。Non-Secure world要切換到Secure-World的時(shí)候需要進(jìn)入Monitor模式才能進(jìn)行操作，而在armv7a中就是通過(guò)SMC指令進(jìn)入到TrustZone。本文中只介紹跟SMC指令相關(guān)的東西，并不介紹TrustZone。本文中的所以指令的運(yùn)行都是運(yùn)行在Secure world下, 所以在SMC指令使用中沒(méi)有涉及Secure world跟Non secure world切換，并且本文是armv7a的架構(gòu)下使用qemu進(jìn)行模擬。

SMC指令格式

SMC有Thumb編碼和ARM編碼，T1是Thumb，A1是ARM。可以看到不管是Thumb還是ARM都有一個(gè)4位的立即數(shù)imm4，這個(gè)imm4在armv7a的架構(gòu)沒(méi)有定義是干什么，用戶可以自己選擇如何使用它，通常就跟使用SVC后面的立即數(shù)差不多。需要注意的是上圖中Thumb指令的低16位在右邊，所有imm4其實(shí)跟ARM指令的位置是一樣的，都是在32位中最低4位，這樣在處理獲取imm4的時(shí)候，我們就不需要去判斷到底是ARM指令還是THUMB指令。

設(shè)置SMC異常向量表

SMC跟SVC指令很類似，都會(huì)進(jìn)入一種軟件異常模式。所以使用SMC必須要提供一個(gè)SMC的異常向量表。需要注意的是Monitor模式擁有自己的一套異常向量表，它并不與其他的異常/中斷模式共享一套異常向量。Monitor模式所需要的異常向量入口保存在這個(gè)MVBAR(Monitor Vector Base Address)寄存器中,需要注意的是MVBAR必須在Secure world的PL1級(jí)別下才能夠進(jìn)行讀寫(xiě)，也就是說(shuō)MVBAR在系統(tǒng)中必須由底層軟件去設(shè)置。

下面看一下如何設(shè)置SMC異常向量表,需要注意的是Monitor模式的不僅異常向量是自己用的一套，它的棧也是自己的，與其他模式如SVC模式使用的不是同一個(gè)棧，所以在系統(tǒng)初始化的時(shí)候需要指定好Monitor模式的棧

    mrs r0, cpsr
    bic r0, r0, #0x1f
    orr r0, r0, #0xd6  ;cpsr.M=d6=monitro mode
    msr cpsr, r0
    ldr sp, =smc_stack_top

    /*Set the cpu to SVC32 mode*/
    /*Only secure world pl1 can change mvbar reg*/
    mrs r0, cpsr
    bic r0, r0, #0x1f
    orr r0, r0, #0xd3
    msr cpsr, r0
    ldr sp, =svc_stack_top

    /*Set up monitor mode vectors by MVBAR*/
    ldr r0, =__monitor_vector
    mcr p15, 0, r0, c12, c0, 1  @Set MVBAR

    .align 4
__monitor_vector:
    @ Monitor-mode exception vector
    .word 0        /* reset */
    .word 0        /* undef */
    ldr pc, =monitor_mode
    .word 0 /* pabt */
    .word 0 /* dabt */
    .word 0
    .word 0 /* irq */
    .word 0 /* fiq */
    .align

可以看到基本上與普通的異常向量表一樣，只是第三個(gè)異常入口不是Supervisor Mode而是Monitor Mode。當(dāng)系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入Monitor Mode時(shí)，這時(shí)候假設(shè)有一個(gè)IRQ發(fā)生，那么觸發(fā)的Monitor Mode下的IRQ中斷處理函數(shù)。

進(jìn)入SMC異常

進(jìn)入SMC很簡(jiǎn)單，只需要調(diào)用SMC指令即可，就跟SVC差不多。SMC后面可以跟一個(gè)4位的立即數(shù)，armv7a中并沒(méi)有定義這個(gè)立即數(shù)是干什么的，用戶可以自己使用它。

smc #0

退出SMC異常

退出SMC異常操作跟SVC差不多，armv7a的手冊(cè)給出一些退出異常的操作，如下圖所示，需要主要的是調(diào)用MOV PC XX指令的時(shí)候，需要使用MOVS才能退出Monitor Mode。

調(diào)用SMC指令時(shí)，CPU做了些什么事？

官方的手冊(cè)給出了CPU在處理SMC指令時(shí)候的偽代碼如下。

   Take SMCException()
       ITAdvanced(); 
       lr = cpsr.T == 1 ? pc : pc - 4; //Thumb related
       spsr = cpsr;
       cpsr.M = "10110";                     //Change to Monitor Mode
       cpsr.j = '0';
       cpsr.T = sctlr.TE
       cpsr.E = sctlr.EE
       cpsr.A = '1';
       cpsr.F = '1';
       cpsr.I = '1';
       cpsr.IT = '0000_0000'
       pc = monitor_vetors + 8;

ITAdavance()我也不知道干了什么，有高手知道的可以指出來(lái)，反正我在用SMC指令的時(shí)候沒(méi)遇到這個(gè)操作的問(wèn)題。

lr = cpsr.T == 1 ? pc : pc - 4; //Thumb related

這個(gè)操作確定了SMC的返回地址，也就是lr寄存器。當(dāng)CPU運(yùn)行在Thumb模式下，ld = pc，為什么是pc呢？CPU流水線取址比執(zhí)行多了兩級(jí)，所以此時(shí)的pc應(yīng)該是 smc的下兩條指令的地址，而Thumb模式下是2字節(jié)對(duì)齊，所以正好是pc = smc_adr + 2*2，但smc指令即使在thumb模式下也是4個(gè)字節(jié)，所以此時(shí)lr = pc = smc_adr + 4，正好指向了smc指令的一下條指令。而在ARM模式下，指令時(shí)4字節(jié)對(duì)齊，所以取指流水線上的pc = smc_adr + 4*2, 而smc指令的下一條指令的地址是smc_adr + 4,所以當(dāng)cpsr.T = 0時(shí)，lr = pc - 4 = smc_adr + 4，指向了smc的下一條指令。

spsr = cpsr;
cpsr.M = "10110";

1
2

然后CPU就備份了當(dāng)前模式下的CPSR到SPSR，并切換到Monitor模式。可以從armv7a手冊(cè)中查到cpsr.M都對(duì)應(yīng)什么模式，10110就是Monitor。

       cpsr.j = '0';
       cpsr.T = sctlr.TE
       cpsr.E = sctlr.EE
       cpsr.A = '1';
       cpsr.F = '1';
       cpsr.I = '1';
       cpsr.IT = '0000_0000'

接著CPU就設(shè)置了一些CPSR的狀態(tài)標(biāo)志位。

       pc = monitor_vetors + 8;

然后CPU就把當(dāng)前PC切換到了Monitor異常的入口地址，硬件做的動(dòng)作到此為止，接下來(lái)做的事就是軟件該做的事了。

一個(gè)非典型的Monitor異常處理程序

這個(gè)例子是我自己寫(xiě)的，然而我也沒(méi)有自信說(shuō)它是一個(gè)典型的處理程序。這里就拋磚引玉，給出一個(gè)簡(jiǎn)單例子來(lái)說(shuō)明Monitor異常處理。

monitor_mode:

    /*Save register according to ATPCS*/
    stmfd sp!, {r0-r3, r12, lr}

    /*Real SMC Handler code*/
    ldr r0, [lr, #-4]
    bic r0, r0, #0xfffffff0
    bl smc_handler

    /*restore the spsr and regs of ATCPS*/
    ldmfd sp!, {r0-r3, r12, pc}^

其實(shí)很簡(jiǎn)單，手寫(xiě)保存一些寄存器，當(dāng)然把所有的寄存器都保存起來(lái)，這取決于你的英語(yǔ)。然后從SMC指令中拿出這個(gè)4位的立即數(shù)，從上一個(gè)段落分析可知，lr-4就是調(diào)用SMC指令的地址，這里存放著SMC指令的機(jī)器碼。然后跳轉(zhuǎn)到smc_handler程序中進(jìn)行處理，我這里把smc_handler寫(xiě)成了C程序，完全可以用匯編實(shí)現(xiàn)，這個(gè)函數(shù)很簡(jiǎn)單，我就打印了一下這個(gè)SMC的操作數(shù)。最后當(dāng)處理完之后使用ldmfd 指令將寄存器彈出，需要注意的是一定要加^，否則SPSR就沒(méi)辦法恢復(fù)，那么Monitor模式就退出不了，會(huì)導(dǎo)致一些不是期望的行為。

smc_handler非典型實(shí)現(xiàn), 很簡(jiǎn)單，僅僅只是打印了一下相關(guān)函數(shù)的信息。

static void smc_handle0()
{
    board_puts("######maybe rom patch can be here222####
");
}

static void smc_handle1()
{
    board_puts("smc_handle1
");
}

static void default_smc_handle()
{
    board_puts("default_smc_handle
");
}

smc_handle smc_handle_arr[] = {
    smc_handle0,
    smc_handle1,
    NULL,
    default_smc_handle,
    default_smc_handle,
    default_smc_handle,
    default_smc_handle,
    default_smc_handle,
    default_smc_handle,
    default_smc_handle,
    default_smc_handle,
    default_smc_handle,
    default_smc_handle,
    default_smc_handle,
    default_smc_handle,
    default_smc_handle,
};

void smc_handler(int smc_num)
{
    if (smc_num >= SMC_HANDLE_MAX || smc_num < 0) {
        return;
    }

    board_puts("smc_handler! smc_num is ");
    board_putc(smc_num + '0');
    board_putc('
');
    if (smc_handle_arr[smc_num] != NULL) {
        (smc_handle_arr[smc_num])();
    } else {
        board_puts("smc handle not exist
");
    }
    board_puts("
");
}

源碼

https://github.com/JiaminMa/Misc_demo/tree/master/smc_demo
這個(gè)源碼可以直接make run或者make debug，使用qemu進(jìn)行模擬，如果不知道怎么用qemu進(jìn)行armv7a裸機(jī)程序模擬可以看我這篇文章。
http://blog.csdn.net/u011280717/article/details/71915669。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的armv7a中的SMC指令应用【转】的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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