ARM 的 SWI（Software Interrupt，软件中断）指令是用于实现系统调用 （System Calls）的传统机制。它允许运行在用户模式 （User mode）下的应用程序请求运行在特权模式（如 Supervisor mode）下的操作系统内核提供服务。
现在，SWI 指令在较新的 ARM 架构（ARMv7 及以后）中已被 SVC（Supervisor Call，监管调用）指令取代，但两者的概念和用法几乎完全相同。SWI 在 ARMv6 及之前的架构中更常见。
概念
- 触发异常 ：当 CPU 执行
SWI/SVC指令时，它会产生一个异常（Exception），导致处理器模式切换到监管模式（Supervisor Mode）。 - 跳转到异常向量表 ：处理器自动跳转到异常向量表 （Exception Vector Table）中预定义的地址（对于
SWI，通常是0x00000008或0xFFFF0008）。 - 执行异常处理程序 ：该地址处存放着软件中断处理程序（Software Interrupt Handler）的代码，也就是操作系统内核中处理系统调用的部分。
- 识别和分发 ：处理程序会检查
SWI指令中自带的立即数 （Number），这个数被称为SWI number或SVC number。操作系统根据这个号码来查询系统调用表（Syscall Table），确定用户程序请求的是哪个服务（如打开文件、写入数据、创建进程等）。 - 返回用户模式 ：服务执行完毕后，处理程序会执行一条特殊的返回指令（如
MOVS PC, LR），将处理器模式恢复回用户模式，并返回到用户程序中SWI指令的下一条指令继续执行。
语法和编码
1. 汇编语法 (ARM/Thumb)
c
SWI #<immed_24> ; ARM 指令集格式 (32位指令)
SVC #<immed_8> ; Thumb 指令集格式 (16位指令)<immed_24>或<immed_8>是一个数字 ，用于标识具体的系统调用功能。- 例如，
SWI #0可能用于写入数据，SWI #1可能用于读取数据。
- 例如，
2. 机器码格式
SWI 指令的ARM 32位编码格式如下：
| 31 - 28 | 27 - 24 | 23 - 0 |
|---|---|---|
| Cond | 1111 | Imm24 (注释) |
- Cond：条件执行字段（如 EQ, NE）。
- 1111 ：这是
SWI指令的操作码。 - Imm24：一个 24 位的立即数，这就是传递给操作系统的功能号。
示例：指令 SWI 0x123456 的编码
- 条件字段
Cond为1110（AL，表示始终执行）。 - 操作码
1111。 - 立即数
0x123456。 - 组合起来就是：
1110 1111 0001 0010 0011 0100 0101 0110b->0xEF123456。
在swi_handler中如何获取 SWI 编号
当 SWI 处理程序开始执行时，它需要从触发异常的指令本身提取出这个编号。步骤如下：
- 获取返回地址 ：处理器在进入异常时，会将
SWI指令下一条指令 的地址保存到监管模式的链接寄存器LR_svc中。 - 计算 SWI 指令地址 ：
SWI指令的地址就是LR_svc - 4。 - 读取指令 ：从内存中
LR_svc - 4这个地址读出完整的 32 位机器码。 - 提取立即数 ：屏蔽 掉高 8 位（条件码和操作码），保留低 24 位，就得到了
SWI编号。
示例 C 伪代码：
c
// 在 SWI 异常处理函数中
void SWI_Handler(void) {
// 1. 获取返回地址 (LR minus 4 for SWI in ARM state)
uint32_t *lr_svc = get_special_register(LR_svc);
uint32_t swi_instruction_address = lr_svc - 4;
// 2. 从该地址读取指令
uint32_t swi_instruction = *((uint32_t *)swi_instruction_address);
// 3. 提取 24 位立即数 (屏蔽高8位)
uint32_t swi_number = swi_instruction & 0x00FFFFFF;
// 4. 根据 swi_number 调用相应的服务函数
switch(swi_number) {
case 0: syscall_write(); break;
case 1: syscall_read(); break;
// ... 其他系统调用
default: handle_unknown_syscall(); break;
}
}从用户模式发起系统调用的示例
下面是一个简单的汇编示例，展示用户程序如何通过 SWI 请求服务。
c
; 假设系统调用编号 0x1 是 "写入字符串"
; 我们需要在寄存器中设置好参数，通常遵循 ATPCS（ARM-Thumb Procedure Call Standard）
MOV R0, #1 ; 参数1: 文件描述符 (1 = 标准输出 stdout)
LDR R1, =my_message ; 参数2: 要写入的字符串地址
MOV R2, #12 ; 参数3: 字符串长度
SWI #0x1 ; 发起软件中断，调用编号为 1 的服务
; 程序继续执行...
my_message:
.asciz "Hello World\n"对应的内核处理程序会根据 swi_number=0x1 找到 sys_write 函数，并从寄存器 R0, R1, R2 中读取参数。
现代发展：SVC 与 ABI
-
SVC 指令 ：在 ARMv7 和 AArch32 中，
SWI被重新命名为SVC，但其功能和编码方式基本保持不变。你现在更常看到的是SVC #0。 -
AAPCS ：现代系统调用通常遵循更严格的 EABI 或 AAPCS 标准，它规定了哪个系统调用号放在哪个寄存器（通常是
R7），以及参数如何传递（R0-R6）。armasm; 现代 Linux EABI 系统调用示例 (系统调用号在 R7) MOV R7, #4 ; 系统调用号 4 = sys_write MOV R0, #1 ; fd = stdout LDR R1, =message MOV R2, #len SVC #0 ; 触发监管调用 -
AArch64 ：在 64 位的 ARM 架构中，使用
SVC #0指令，但寄存器约定完全不同（系统调用号放在X8，参数放在X0-X5）。
总结
| 方面 | 说明 |
|---|---|
| 目的 | 实现用户模式到特权模式的切换，用于系统调用。 |
| 机制 | 触发一个预定义的异常，使 CPU 跳转到内核的异常处理程序。 |
| 关键点 | 指令中嵌入的立即数用于标识所需的服务。 |
| 参数传递 | 通过通用寄存器 （如 R0-R3）在用户程序和内核之间传递参数和返回值。 |
| 现代名称 | SVC（Supervisor Call）。 |
| 重要性 | 是应用程序与操作系统内核交互的根本基础。 |
理解 SWI/SVC 是理解操作系统底层工作原理和 ARM 异常处理机制的关键一步。
SWI/SVC 异常处理函数绝对编译和运行在操作系统内核中。
应用程序只是触发这个机制，而处理这个机制的所有"幕后工作"都由内核全权负责。
为什么？------ 权限与保护
这完全是由 ARM 处理器的特权级别（Privilege Levels）和内存保护机制决定的：
执行模式的切换：
应用程序运行在 用户模式（User Mode），这是一种受限模式。
当执行 SWI 指令时，硬件会自动将处理器切换到 监管模式（Supervisor Mode），这是一种特权模式。
内存访问权限：
用户模式下的程序无法访问内核的内存空间（代码和数据）。这是通过内存管理单元（MMU）和页表（Page Tables）来强制实现的。
异常向量表（Exception Vector Table）的地址、内核的代码和数据都位于受保护的内核地址空间。用户程序试图读写这些地址会引发一个硬件错误（如 Segmentation Fault）。
因此，即使用户程序自己写了一个名为 SWI_Handler 的函数，它也根本无法被硬件访问到，更无法在特权模式下执行。
硬件设计流程：
硬件行为：CPU 一遇到 SWI 指令，其硬件逻辑就已经固定死了下一步要做什么：改变模式、保存状态、跳转到预先由内核设置好的异常向量表地址（如 0x00000008 或 0xFFFF0008）。
内核的职责：操作系统内核在启动初期，其最重要的任务之一就是初始化异常向量表，即将所有异常处理函数（包括 SWI 处理函数、IRQ 处理函数等）的地址填写到这张表的对应位置。