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  • ARM处理器模式切换(含MRS,MSR指令)

    除了用户模式和系统模式,其余模式下都有一个私有SPSR保存状态寄存器,用来保存切换到该模式之前的执行状态,之所以用户模式和系统模式没有SPSR是因为,通常CPU大部分时间执行在用户模式下,当产生异常或系统调用时会分别切换进入另外几种模式,保存用户模式下的状态,当切换回原先模式时,直接回复SPSR的值到CPSR就可以了,因此,用户模式和系统模式下不需要SPSR,其详细操作查看下节异常处理。

    以上几种模式通过CPSR里的M[4:0]位进行区分,如图3-1所示:

     

     

    图3-1 CPSR控制位

    通过向模式位M[4:0]里写入相应的数据切换到不同的模式,在对CPSR,SPSR寄存器进行操作不能使用mov,ldr等通用指令,只能使用特权指令msr和mrs。

    在ARM处理器中,只有MRS(Move to Register from State register)指令可以对状态寄存器CPSR和SPSR进行读操作。通过读CPSR可以获得当前处理器的工作状态。读SPSR寄存器可以获得进入异常前的处理器状态(因为只有异常模式下有SPSR寄存器)。

    例如:

    MRS    R1,CPSR   ; 将CPSR状态寄存器读取,保存到R1中

    MRS    R2,SPSR    ; 将SPSR状态寄存器读取,保存到R2中

    通过MRS指令可以取得状态寄存器里的值,然后比较其模式位M[4:0]的值判断当前所处模式,当然也可以比较其它相应位了解当前CPU的状态。

    同样,在ARM处理器中,只有MSR指令可以对状态寄存器CPSR和SPSR进行写操作。与MRS配合使用,可以实现对CPSR或SPSR寄存器的读-修改-写操作,可以切换处理器模式、或者允许/禁止IRQ/FIQ中断等。

    由于xPSR寄存器代表了CPU的状态,其每个位有特殊意义,在执行对xPSR状态寄存器写入时(读取时不存在该用法),为了防止误操作和方便记忆,将xPSR里32位分成四个区域,每个区域用小写字母表示:

    c  控制域屏蔽 psr[7..0]

    x  扩展域屏蔽 psr[15..8]

    s  状态域屏蔽 psr[23..16]

    f  标志域屏蔽 psr[31..24]

    注意:区域名必须为小写字母

    向对应区域进行执行写入时,使用xPSR_x可以指定写入区域,而不影响状态寄存器其它位,如:

    使能IRQ中断:

    ENABLE_IRQ

        MRS    R0, CPSR            ; 将CPSR寄存器内容读出到R0

        BIC    R0, R0,#0x80     ; 清掉CPSR中的I控制位

        MSR    CPSR_c,R0          ; 将修改后的值写回 CPSR寄存器的对应控制域

        MOV    PC,LR                       ; 返回上一层函数

    禁用IRQ中断:

    DISABLE_IRQ

        MRS    R0 CPSR                          ; 将CPSR寄存器内容读出到R0

        ORR    R0, R0,#0x80    ; 设置CPSR中的I控制位

        MSR    CPSR_c,R0          ; 将修改后的值写回 CPSR寄存器的对应控制域

        MOV    PC,LR                          ; 返回上一层函数

    下表列出了不同模式的二进制数表示:

    表3-3 不同工作模式对应二进制

    模式名

    用户

    快中断

    中断

    管理

    中止

    未定义

    系统

    M[4:0]

    10000

    10001

    10010

    10011

    10111

    11011

    11111

    在对开发板进行初始化时,用对不同模式指定其栈空间,下面例子对各模式的栈指针sp进行初始化:

    stack_init                                                            ; 栈指针初始化函数

        @ undefine_stack                                       

        msr cpsr_c, #0xdb                                   ; 切换到未定义异常

        ldr        sp, =0x34000000                        ; 栈指针为内存最高地址,栈为倒生的栈

                                                                                ; 栈空间的最后1M 0x34000000~0x33f00000

        @ abort_stack                                                      

        msr cpsr_c, #0xd7                                   ; 切换到终止异常模式

        ldr        sp, =0x33f00000                         ; 栈空间为1M,0x33f00000~0x33e00000

        @ irq_stack                                                

        msr      cpsr_c,    #0xd2                           ; 切换到中断模式

        ldr        sp, =0x33e00000                        ; 栈空间为1M,0x33e00000~0x33d00000

        @ sys_stack                                               

        msr      cpsr_c,    #0xdf                                     ; 切换到系统模式

        ldr        sp, =0x33d00000                        ; 栈空间为1M,0x33d00000~0x33c00000

        msr      cpsr_c,    #0xd3                            ; 切换回管理模式

        mov pc, lr

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