第3章31arm处理器工作模式及寄存器介绍.pptVIP

3.1 ARM处理器工作模式及寄存器介绍 3.1.1 ARM微处理器的工作状态 3.1.2 处理器模式 3.1.3 寄存器组织 3.1.4 异常 3.1.1 ARM微处理器的工作状态 从编程的角度看,ARM微处理器的工作状态一般有两种,并可在两种状态之间切换: ARM状态，此时处理器执行32位的字对齐的ARM指令； Thumb状态，此时处理器执行16位的、半字对齐的Thumb指令。 两种工作状态切换的情况： 在执行Thumb程序段时发生异常中断 在执行Thumb程序段时，处理器处于Thumb状态，异常中断发生时，处理器自动进入ARM状态。 程序从中断返回时 如果发生异常中断时，处理器处于Thumb状态，则中断返回时，处理器会恢复为Thumb状态 执行BX指令 使用BX指令时，程序可以实现跳转和处理器工作状态转换。 BX Rn 3.1.2 处理器模式 ARM微处理器支持7种运行模式，分别为： 用户模式(User):正常的程序执行模式。 快速中断模式(Fast Interrupt):用于高速数据传输或通道处理。 外部中断模式(Interrupt)：用于通用的中断处理。 管理模式(Supervisor)：操作系统使用的保护模式，系统复位后的缺省模式。 中止模式（Abort）：用于虚拟存储或存储器保护。 1.指令中止模式(abt):指令预取终止时进入该模式。 2.数据访问中止模式(abt)：当数据访问终止时进入该模式，可用于虚拟存储及存储保护。 指令未定义模式(Undefined):支持硬件协处理器指令的软件仿真 系统模式(System)：运行具有特权的操作系统任务。 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。 大多数的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。 3.1.3 寄存器组织 如图 3-1 所示，ARM微处理器共有37个32位寄存器，其中31个为通用寄存器，6个为状态寄存器。 这些寄存器不能被同时访问，具体哪些寄存器是可编程访问的，取决于微处理器的工作状态及具体的运行模式。 但在任何时候，通用寄存器R0~R14、程序计数器PC、当前状态寄存器CPSR都是可访问的。 1. ARM状态下的寄存器组织 (1) 通用寄存器． (2) 状态寄存器 如图 3-2 所示 (1) 通用寄存器． 通用寄存器包括R0~R15，可以分为3类： 未分组寄存器R0~R7 分组寄存器R8~R14 程序计数器PC(R15) ① 未分组寄存器R0~R7 在所有的运行模式下，未分组寄存器都指向同一个物理寄存器，它们未被系统用作特殊的用途，因此，在中断或异常处理进行运行模式转换时，由于不同的处理器运行模式均使用相同的物理寄存器，可能会造成寄存器中数据的破坏，这一点在进行程序设计时应引起注意。 ② 分组寄存器R8～R14 对于分组寄存器，它们每一次所访问的物理寄存器与处理器当前的运行模式有关。 对于R8~R12，每个寄存器对应两个不同的物理寄存器，当使用fiq模式时，访问寄存器R8_fiq~R12_fiq；当使用除fiq模式以外的其他模式时，访问寄存器R8_usr~R12_usr。 对于R13、R14，每个寄存器对应6个不同的物理寄存器，其中一个是用户模式与系统模式共用，另外5个物理寄存器对应于其他5种不同的运行模式。 采用以下记号来区分不同的物理寄存器： R13_mode R14_mode 其中，mode为以下几种模式之一：usr、fiq、irq、svc、abt、und。 寄存器R13在ARM指令中常用作堆栈指针，但这只是一种习惯用法，用户也可使用其他的寄存器作为堆栈指针。而在Thumb指令集中，某些指令强制性的要求使用R13作为堆栈指针。 由于处理器的每种运行模式均有自己独立的物理寄存器R13，在用户应用程序的初始化部分，一般都要初始化每种模式下的R13，使其指向该运行模式的栈空间。 这样，当程序的运行进入异常模式时，可以将需要保护的寄存器放入R13所指向的堆栈，而当程序从异常模式返回时，则从对应的堆栈中恢复，采用这种方式可以保证异常发生后程序的正常执行。 R14也称做子程序连接寄存器(Subroutine Link Register)或连接寄存器LR