11.1 MIPS32架构中定义的异常类型

有些事件要打断程序正常执行流程，这些事件有中断，陷阱，系统调用以及其他任何可以打断程序正常执行的情况，统称为异常。
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OpenMIPS只实现了对其中6中异常情况的处理：

硬件复位
中断
系统调用
无效指令
溢出
自陷指令引发的异常
异常发生后，会进入异常处理例程尽心具体的异常处理，处理结束后，返回到异常发生前的状态继续执行。
硬件复位是一种特殊的异常，特殊之处在于不用从异常处理例程返回，所以不用考虑保护现场，也不用保存返回地址，OpenMIPS对硬件复位异常的处理方法很简单：全部寄存器清零，从地址0x0处取指执行。

11.2 精确异常

**精确异常：**当一个异常发生后，系统的顺序执行会被中断，此时有若干条指令处于流水线上的不同阶段，处理器会转移到异常处理例程，异常处理结束后返回原程序继续执行，因为不希望异常处理例程破坏原程序的正常执行，所以对于异常发生时，流水线上没有执行完的指令，必须记住它处于流水线的哪一个阶段，以便异常处理结束后能恢复执行，这便是精确异常。
**异常受害者：**对于一个实现精确异常的处理器，在异常发生时，都会有一个被异常打断的指令，称为异常受害者，该指令前面的所有指令都要被执行到流水线的最后一个阶段，也就是正常执行完成，但是该指令以及该指令后面的指令都要被取消，如图11-1，第2条指令add在执行阶段发生溢出异常，在这种情况下，已经到达访存阶段的第一条指令ori会继续执行完成，而第2、3、4条指令都会被取消。
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为了实现精确异常，必须要求发生异常的顺序与指令的顺序相同，如图11-2，加载指令lw会在流水线的访存阶段发生地址未对齐的异常（因为加载地址是0x3，指令lw要求加载地址的最后两位为00），该异常应该会在第4个时钟周期发生，而它的后一条指令di是无效指令（MIPS32架构并没有定义该指令，所以是无效指令），会在流水线译码阶段引发无效指令异常，也就是在第3个时钟周期，而此时上一条加载指令lw还处在执行阶段，没有进入访存阶段，所以先发生异常的就是无效指令异常。从而不满足异常发生的顺序与指令的顺序相同这一要求。
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为了避免上述情况，先发生的异常并不立即处理，异常事件只是被标记，到达某个特殊的流水线阶段才开始处理，比如在图11-2中，虽然无效指令异常在译码阶段就发生了，但是此时只是标记异常，等到访存阶段时再处理异常，此时前一个地址未对齐的异常已经被处理了，由此实现了按指令执行的顺序处理异常，而不是按异常发生的顺序处理异常。

11.3 异常处理过程

当检测到异常发生后，处理器会执行一系列动作以处理器异常，不同处理器的处理器的处理过程不同，OpenMIPS处理器的处理过程如下：
（1）检测CP0中Status寄存器的EXL字段，为1表示正在处理异常，如果当前发生的异常为中断则不响应中断，因为异常处理会禁止中断，如果异常不是中断，将异常原因保存到CP0中的Cause寄存器的ExcCode字段，转到步骤（4），如果EXL为0，那么将异常原因保存到CP0中Cause寄存器的ExcCode字段，进入步骤（2）
（2）检测发生异常的指令是否再延迟槽中，如果再延迟槽中，设置EIPC寄存器的值为该指令的地址减4，同时设置Cause寄存器的BD字段为1，反之，设置EPC寄存器的值就为该指令的地址，同时设置Cause寄存器的BD字段为0
（3）设置Status寄存器的EXL字段为1，表示进入异常处理过程，禁止中断。
（4）处理器转移到实现定义好的一个地址，在那个地址中往往有异常处理例程，在其中进行异常处理，这个地址称为异常处理例程入口地址。

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11.4 异常相关指令介绍

11.4.1 自陷指令

自陷指令有12条，按照指令中是否包含李技术，可以分为两类

不包含立即数的自陷指令6条
包含立即数的自陷指令6条

11.4.2 系统调用指令syscall

指令作用是引发系统调用异常。MIPS32架构定义了处理器的两种工作模式：用户模式、内核模式，前一种是受限模式，哟些操作无法进行，大多用于用户的应用程序，后者主要用于处理异常和具有优先权的操作系统函数，包括管理协处理器CP0和I/O等。用户模式下的程序为了执行一些在内核模式下才能进行的操作，可以调用syscall指令，引发系统调用异常，进入异常处理例程，从而进入内核模式。