GNU ARM匯編--(三)ARM處理器的基本原則

從編程人員的視角來看,arm核是由數(shù)據(jù)總線連接的功能單元組成,如下圖所示:

數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線流向處理器核心,這里的數(shù)據(jù)可以是將要執(zhí)行的指令,也可以是數(shù)據(jù)項(xiàng).上面的圖是Von Neumann體系的arm核,數(shù)據(jù)項(xiàng)和指令共用同一總線.而h哈佛結(jié)構(gòu)體系的arm核就會(huì)用兩個(gè)不同的總線.

就像所有的RISC處理器,arm采用load-store體系結(jié)構(gòu).也就是說它含有兩條不同的指令類型來出入處理器.loar指令將數(shù)據(jù)從內(nèi)存拷貝到寄存器,store指令是將數(shù)據(jù)從寄存器拷貝到內(nèi)存.沒有直接操作內(nèi)存中數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理指令.數(shù)據(jù)的處理離不開寄存器.

ARM指令一般有兩個(gè)源寄存器,Rn和Rm,和一個(gè)目的寄存器,Rd.ARM的一個(gè)重要特性是Rm可以在送入ALU之前被桶型移位器做預(yù)處理,這樣就會(huì)有很多形式的表達(dá)式和尋址方式.

下面介紹ARM處理器的幾個(gè)關(guān)鍵分量:寄存器,當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器和流水線

寄存器:

通用目的寄存器可以保存數(shù)據(jù)或者地址.由字母r和編號(hào)數(shù)字來表示.所有的寄存器都是32bit大小.

一共有18個(gè)活動(dòng)的寄存器:16個(gè)數(shù)據(jù)寄存器和兩個(gè)程序狀態(tài)寄存器.數(shù)據(jù)寄存器由r0--r15表示.

ARM處理器有3個(gè)寄存器分配為特殊的功能:r13,r14,r15

r13通常用作棧指針(sp),存儲(chǔ)當(dāng)前處理器工作模式下的棧頂;

r14被稱作鏈接寄存器(lr),當(dāng)發(fā)生調(diào)用時(shí)存放調(diào)用子程序的返回地址;

r15被稱作程序計(jì)數(shù)器(pc),保存被處理器預(yù)取的下一條指令的地址.

除了這16個(gè)數(shù)據(jù)寄存器,還有來年各個(gè)程序狀態(tài)寄存器:cpsr和spsr.處理器的當(dāng)前工作模式?jīng)Q定了哪些寄存器是可見的.

當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器:

ARM核使用cpsr來顯示和控制內(nèi)部的操作.通用程序狀態(tài)寄存器的內(nèi)部如下:

cpsr分為四個(gè)域,每個(gè)域有8位的寬度:flags,status,extension和control.control域包含處理器模式和狀態(tài)以及中斷屏蔽位.flags域包含condition flags.

處理器模式:

處理器模式?jīng)Q定了當(dāng)前哪些寄存器是可用的以及cpsr本身的訪問權(quán)限.處理器模式分為特權(quán)模式和非特權(quán)模式:特權(quán)模式對(duì)cpsr有完全的讀寫控制.而非特權(quán)模式

只能讀cpsr的control域但是仍可以讀寫condition flags.

一共有7中處理器模式:六種特權(quán)模式(abort,fiq,irq,svc,system和undefined)和一種非特權(quán)模式(user).

當(dāng)試圖訪問內(nèi)存失敗時(shí)處理器會(huì)進(jìn)入abort模式,fiq和irq對(duì)應(yīng)ARM處理器的兩種中斷級(jí)別.svc是系統(tǒng)reset后進(jìn)入的模式,也是os kernel工作的模式.

system模式是user模式的特殊版本,它有對(duì)cpsr的讀寫控制.undefined模式在處理器遇到未定以的指令或者不支持的操作時(shí)使用.

user模式在應(yīng)用程序下使用.

Banked registers: