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  • ARM基础

    ARM(Advanced RISC Machines)公司的名字;对一类微处理器的通称;一种技术的名字。

    从编程的角度看,ARM微处理器的工作状态一般有两种:
    (1)ARM状态,处理器执行32位的、字对齐的ARM指令。
    (2)Thumb状态,处理器执行16位的、半字对齐的Thumb指令。
    在程序的执行过程中,微处理器可以随时在两种工作状态之间切换,并且不会影响处理器的工作模式和相应寄存器中的内容。

    ARM体系结构将存储器看作是从零地址开始的字节的线性组合。从零字节到三字节放置第一个存储的字(32位)数据,从第四个字节到第七个字节放置第二个存储的字数据,依次排列。
    作为32位的微处理器,ARM体系结构所支持的最大寻址空间4GB=0x1 0000 0000: 0~0xffff ffff

    ARM体系结构可以用两种方法存储字数据,称之为大端格式和小端格式。
    大端格式:字数据的高字节存储在低地址中,而字数据的低字节则存放在高地址中。
    小端格式:字数据的低字节存储在低地址中,而字数据的高字节则存放在高地址中。

    ARM微处理器的指令长度可以是32位(在ARM状态下),也可以为16位(在Thumb状态下)。

    ARM微处理器中支持节、半字、字三种数据类型,其中,需要4字节对齐(4 = 22,即地址的低两位为0)、半字需要2字节对齐(2 = 21,即地址的最低位为0)。
    1 byte = 8 bit  1 word = 4 byte = 32 bit

    ARM微处理器支持7种工作模式,分别为:
    (1)用户模式 usr       用于正常执行程序
    (2)快速中断模式 FIQ  用于高速数据传输
    (3)外部中断模式 IRQ  用于通常的中断处理
    (4)管理模式 svc     操作系统使用的保护模式
    (5)系统模式 sys     运行具有特权的操作系统任务。
    (6)数据访问终止模式 abt      当数据或指令预取终止时进入该模式,可用于虚拟存储及存储保护。
    (7)未定义指令中止模式 und  当未定义的指令执行时进入该模式,可用于支持硬件
    ARM微处理器的运行模式可以通过软件改变,也可以通过外部中断或异常处理改变。
    应用程序运行在用户模式下,当处理器运行在用户模式下时,某些被保护的系统资源是不能被访问的。
    除用户模式以外,其余的所有6种模式称之为非用户模式,或特权模式(Privileged Modes);其中除去用户模式和系统模式以外的5种又称为异常模式(Exception Modes),常用于处理中断或异常,以及需要访问受保护的系统资源等情况。

    ARM微处理器共有 37个32位寄存器,其中 31通用寄存器,6状态寄存器。
    这些寄存器不能被同时访问,具体哪些寄存器是可以访问的,取决ARM处理器的工作状态及具体的运行模式。
    在任何时候,通用寄存器R14~R0、程序计数器PC、一个状态寄存器都是可访问的。
    在ARM工作状态下,任一时刻可以访问16个通用寄存器和一到两个状态寄存器
    在非用户模式(特权模式)下,则可访问到特定模式分组寄存器, 具体见下页图:


    R0-R7  不分组寄存器(The unbanked registers),在所有处理器模式下,访问的都是同一个物理寄存器
    R8-R14  分组寄存器(The banked registers),

    R13    堆栈指针 SP
    R14    链接寄存器 LR,指向函数的返回地址
    R15      程序计数器 PC,其值等于当前正在执行的指令的地址+8,因为在取址和执行之间多了一个译码的阶段。

    ARM所有工作模式下都可以访问程序状态寄存器CPSR。CPSR包含条件码标志、中断禁止位、当前处理器模式以及其它状态和控制信息。
    CPSR在每种异常模式下都有一个对应的物理寄存器——程序状态保存寄存器SPSR。当异常出现时,SPSR用于保存CPSR的值,以便异常返回后恢复异常发生时的工作状态。

    Thumb状态下的寄存器集是ARM状态下寄存器集的一个子集,程序可以直接访问8个通用寄存器(R7~R0)、程序计数器(PC)、堆栈指针(SP)、链接寄存器(LR)和 CPSR

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