淺談ARM架構(gòu)1

ARM->Thumb：操作數(shù)寄存器狀態(tài)為1，執(zhí)行BX指令。

Thumb->ARM：操作數(shù)寄存器狀態(tài)為0，執(zhí)行BX指令。或者是處理器進(jìn)行異常處理（IRQ，F(xiàn)IQ，Reset，Undef，Abort，SWI ARM狀態(tài)執(zhí)行）時，把pc指針放入異常模式鏈接寄存器中，并從異常向量地址開始執(zhí)行程序，也可以使得處理器切換到ARM狀態(tài)。

以上是整體指令集系統(tǒng)的情況，接下來說一下ARM處理器的運行模式。用過Linux的都知道，操作系統(tǒng)有很多運行模式，其實著很多的運行模式也是需要處理器支持的。ARM處理器的運行模式有七種：（除用戶模式，別的均屬于非用戶模式或者特權(quán)模式；除了用戶模式和系統(tǒng)模式，別的都稱為異常模式）

用戶模式（USR）：正常狀態(tài)；

快速中斷模式（FIQ）：用于高速數(shù)據(jù)傳輸或通道形式；

外部中斷模式（IRQ）：用于通用的中斷處理；

管理模式（SVC）：操作系統(tǒng)使用的保護(hù)模式；

數(shù)據(jù)訪問終止模式（ABT）：當(dāng)數(shù)據(jù)或指令預(yù)取終止時進(jìn)入該模式，可用于虛擬存儲保護(hù)及存儲保護(hù)；

系統(tǒng)模式（SYS）：運行具有特權(quán)的操作系統(tǒng)任務(wù)；（Linux下就是root用戶了）

未定義指令中斷模式（UNDEF）：當(dāng)未定義的指令時進(jìn)入該模式，可支持硬件協(xié)處理器的軟件仿真。

那么我們?yōu)榱藢崿F(xiàn)以上的模式，我們在處理器這里資源應(yīng)該如何分配呢？這里就涉及到寄存器組了。寄存器組就可以存儲這些模式，并在該模式下操作所需要的數(shù)據(jù)。

以下就是ARM指令集的寄存器組：

我們可以看到針對一些特定的模式寄存器組會有所改變。一共有37個32bit的寄存器。帶三角形的就是分組寄存器，專用寄存器。快速中斷的7個便于快速中斷。R0~R7是未分組寄存器，通用。

當(dāng)別的除了快速中斷模式之外，別的模式因為要訪問R8~R12，就有可能在模式轉(zhuǎn)換的時候要保護(hù)現(xiàn)場。

一般來說，R13就是堆棧寄存器，當(dāng)然指定別的寄存器也是可以的。

R14其實就是子程序鏈接地址，比如遞歸的時候，它里面存的就是返回地址。比如匯編的

MOV PC，LR

BX LR

以上就是實現(xiàn)了返回鏈接地址。另外R14還可以處理中斷或者異常返回。

R15就是程序計數(shù)器（PC）。ARM的[31:2]來保存地址，因為是4個字節(jié)。Thumb指令集就是[31:1]是地址，[0]=0。因為只有兩個字節(jié)，指令之間的地址就是相差2。由于是多級流水線設(shè)計，所以保存PC的時候要注意PC會因流水線而改變。

當(dāng)然上面說了很多模式還有什么狀態(tài)恢復(fù)，返回之前狀態(tài)，堆棧處理啊其實和真正你在寫處理器的時候不用管，因為很多功能是通過調(diào)度實現(xiàn)的，不用太在意更高抽象層次的東西。在這里說一下只是增加一些在處理器硬件低層實現(xiàn)之后如果完成那些復(fù)雜程序有更多的了解。

CPSR：也就是程序狀態(tài)寄存器。這種寄存器就是存儲整個程序執(zhí)行的一個狀態(tài)。包括了4 bit的條件代碼標(biāo)志（N，Z，C，V）；2bit中斷禁止位（分別用于一種類型的中斷）；5bit去對當(dāng)前處理器操作模式進(jìn)行編碼的位；1bit用于指示當(dāng)前執(zhí)行的是Thumb還是ARM指令集。

如圖：

中斷禁止位：I，F(xiàn)

I = 1，禁止IRQ機(jī)制；F = 1，禁止FIQ機(jī)制。

T表示標(biāo)志位，該位反應(yīng)了處理器的運行狀態(tài)。

如果模式不確定，那么就會導(dǎo)致進(jìn)行復(fù)位。

看一下Thumb指令集系統(tǒng)：

thumb指令集系統(tǒng)的模式位的含義：