ARM体系结构与编程-第一章

1. ARM概述与基本编程模型

1.4 ARM处理器模式

• 用户模式(User, usr)

• 快速中断模式(FIQ, fig)

• 外部中断模式(IRQ, irq)

• 特权模式(Supervisor, sve)

• 数据访问中止模式(Abort, abt)

• 未定义指令中止模式(Undefined, und)

• 系统模式(System, sys)

用户模式外的其他6种处理器模式称为特权模式。这其中，除系统模式外，其他5种模式外，其他5种特权模式称为异常模式。

1.5 ARM寄存器

ARM处理器共有37个寄存器，包括：

• 31个通用寄存器，包括程序计数器(PC)在内。都是32位

• 6个状态寄存器。32位，只是用其中12位

ARM处理器共有7种不同的处理器模式，每种模式有一组相应的寄存器组。

任意时刻，可见的寄存器包括15个通用寄存器(R0~R14)、一个或两个状态寄存器及程序计数器(PC)。

1.5.1 通用寄存器

分为3类：

• 未备份寄存器，包括R0~R7

• 备份寄存器，包括R8~R14

• 程序计数器PC，即R15

1.5.2 程序状态寄存器

CPSR（当前程序状态寄存器）：可以在任何处理器模式下被访问，包含条件标志位、中断禁止位，当前处理器模式标志以及其他的一些控制和状态位。

SPSR（备份程序状态寄存器）：当特定的异常中断发生时，这个寄存器用来存放当前寄存器的内容。在异常中断程序退出时，可以用SPSR中保存到值恢复CPSR。

由于用户模式和系统模式不是异常中断模式，所以他们没有SPSR。当在用户模式和系统模式访问SPSR，将会产生不可预知的结果

31	30	29	28	27	26	7	6	5	4	3	2	1	0
N	Z	C	V	Q	DNM(RAZ)	I	F	T	M4	M3	M2	M1	M0

N：=1表示负数

Z：=1结果为0

C：上下溢出

V：符号位溢出

I、F、T及M[4:0]：控制位，I、F为中断禁止位，IRQ、FIQ。T说明本指令是ARM指令(0)还是Thumb指令(1)。M控制处理器模式。

1.6 ARM体系的异常中断

执行流程的控制：

• 顺序执行

• 跳转指令

• 中断发生

1.6.1 ARM中异常中断种类

异常中断名称	含义
复位（Reset）	当处理器复位引脚有效，产生复位中断，程序跳转到复位异常中断处理程序处执行。系统加电、系统复位、跳转到复位中断向量处执行（软复位）
未定义的指令（undefine instruction）	处理器或协处理器认为当前指令未定义
软件中断（SWI）	用户模式下的程序调用特权操作指令
指令预取中止（prefech abort）	预取的指令的地址不存在
数据访问中止（Data Abort）	数据访问指令的目标地址不存在
外部中断请求（IRQ）	处理器的外部中断请求引脚有效
快速中断请求（FIQ）	处理器的外部快速中断请求引脚有效

1.6.2 ARM处理器对异常中断的响应过程

• 保存处理器当前状态、中断屏蔽位以及条件标志位

• 设置当前程序状态寄存器CPSR中相应的位

• 将寄存器lr_mode设置成返回地址

• 将程序计数器值（PC），设置成该异常中断的中断向量地址，从而跳转到相应的异常中断处理程序执行处执行。

R14_ = return link ;设置返回地址
SPSR_ = CPSR  ;保存状态寄存器
CPSR[4:0] = exception mode number  ;设置执行模式
CPSR[5] = 0  ;运行于ARM模式
if  == Reset or FIQ then
CPSR[6] = 1  ;禁止新的FIQ中断
CPSR[7] = 1  ;禁止IRQ中断
PC = exception vector address

1.6.3 从异常中断处理程序中返回

• 恢复被中断的程序的处理器状态，即将SPSR_mode寄存器内容复制到CPSR中

• 返回到发生异常中断的指令的下一条指令处执行，即将lr_mode寄存器的内容复制到程序计数器PC中。

复位异常中断处理程序不需要返回，在复位异常中断处理程序开始整个用户程序的执行，因而它不需要返回

1.7 ARM体系中的存储系统

1.7.1 ARM体系中的存储空间

1.7.2 ARM存储器的格式

• big-endian

• little-endian

1.7.3 非对齐的存储访问操作

• 非对齐的指令预取操作

  指令的执行结果不可预知，要么地址值中最低位被忽略

• 非对齐的数据访问操作

  对于Load/Store操作：

2. 执行结果不可预知

3. 忽略字单元地址的低两位的值；忽略半字单元地址的最低位的值

4. 忽略字单元地址值中的低两位的值；忽略半字单元地址的最低位的值

指令预取和自修改代码