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ARM筆記-寄存器以及模式特點(diǎn)

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作者: 時間:2007-04-19 來源: 收藏

微處理器支持7種運(yùn)行模式,分別為:
1.用戶模式(usr):處理器正常的程序執(zhí)行狀態(tài);
2.   快速中斷模式(fiq):用于高速數(shù)據(jù)傳輸或通道管理;
3.   外部中斷模式(irq):用于通用的中斷處理;
4.    管理模式(svc):操作系統(tǒng)使用的保護(hù)模式;
5.    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,用于虛擬存儲及存儲保護(hù);
6.   系統(tǒng)模式(sys):運(yùn)行具有特權(quán)的操作系統(tǒng)任務(wù);
7.   未定義指令中止模式(und):當(dāng)未定義指令執(zhí)行時進(jìn)入該模式,可用于支持硬件協(xié)處理器的軟件仿真

體系結(jié)構(gòu)的存儲器格式有如下兩種:
 大端格式:字?jǐn)?shù)據(jù)的高字節(jié)存儲在低地址中,字?jǐn)?shù)據(jù)的低字節(jié)存放在高地址中;
 小端格式:與大端存儲格式相反,高地址存放數(shù)據(jù)的高字節(jié),低地址存放數(shù)據(jù)的低字節(jié)

 ARM總結(jié):
  ARM有16個32位的(r0到r15)。
 r15充當(dāng)程序PC,r14(link register)存儲子程序的返回地址,r13存儲的是堆棧地址。
ARM有一個當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器:CPSR。
一些寄存器(r13,r14)在異常發(fā)生時會產(chǎn)生新的instances,比如IRQ處理器模式,這時處理器使用r13_irq和r14_irq
 ARM的子程序調(diào)用是很快的,因?yàn)樽映绦虻姆祷氐刂凡恍枰娣旁诙褩V小?BR>1、 ARM處理器共有37個寄存器,其中包括:

i. 31個通用寄存器,包括程序計(jì)數(shù)器(PC)在內(nèi)。都是32位寄存器

ii. 6個狀態(tài)寄存器,都是32位寄存器,但目前只使用了其中12位

2、 ARM處理器有7種不同的處理器模式,在每一種處理器模式中有一組相應(yīng)的寄存器組

。任意時刻(也就是任意的處理器模式下),可見的寄存器包括15個通用寄存器(R0~

R14)、一個或兩個狀態(tài)寄存器及程序計(jì)數(shù)器(PC)。在所有的寄存器中,有些是各模式

共用的同一個物理寄存器,有些是各模式自己擁有的獨(dú)立的物理寄存器。

3、 通用寄存器可以分為3類:未備份寄存器(R0~R7)、備份寄存器(R8~R14)和程序

計(jì)數(shù)器PC(R15)。對于每一個未備份寄存器來說,在所有的處理器模式下指的都是同一

個物理寄存器。對應(yīng)備份寄存器R8~R12來說,每個寄存器對應(yīng)兩個不同的物理寄存器,

這使得中斷處理非常簡單。例如,僅僅使用R8~R14寄存器時,F(xiàn)IQ處理程序可以不必執(zhí)行

保存和恢復(fù)中斷現(xiàn)場的指令,從而使中斷處理過程非常迅速。對于備份寄存器R13和R14

來說,每個寄存器對應(yīng)6個不同的物理寄存器,其中的一個是用戶模式和系統(tǒng)模式共用的

,另外的5個對應(yīng)于其他5種處理器模式。

4、 每一種異常模式擁有自己的物理的R13。應(yīng)用程序初始化該R13,使其指向該異常模

式專用的棧地址。當(dāng)進(jìn)入異常模式時,可以將需要使用的寄存器保存在R13所指的棧中;

當(dāng)退出異常處理程序時,將保存在R13所指的棧中的寄存器值彈出。這樣就使異常處理程

序不會破壞被其中斷程序的運(yùn)行現(xiàn)場。

5、 寄存器R14又被稱為連接寄存器(Link Register,LR),在ARM體系中具有下面兩種

特殊的作用:

i. 每一種處理器模式自己的物理R14中存放當(dāng)前子程序的返回地址。當(dāng)通過BL或BLX指令

調(diào)用子程序時,R14被設(shè)置成該子程序的返回地址。在子程序中,當(dāng)把R14的值復(fù)制到程

序計(jì)數(shù)器PC中時,子程序即返回。

ii. 當(dāng)異常中斷發(fā)生時,該異常模式特定的物理R14被設(shè)置成該異常模式將要返回的地址

,對于有些異常模式,R14的值可能與將返回的地址有一個常數(shù)的偏移量。具體的返回方

式與子程序返回方式基本相同。

6、 由于ARM采用了流水線機(jī)制,當(dāng)正確讀取了PC的值時,該值為當(dāng)前指令地址值加8個

字節(jié)。也就是說,對于ARM指令集來說,PC指向當(dāng)前指令的下兩條指令的地址,由于ARM

指令是字節(jié)對齊的,PC值得第0位和第1位總為0。

7、 對于ARM版本3以及更低的版本,寫入R15的地址值的bits[1:0]被忽略,對于ARM版本

4以及更高的版本,程序必須保證寫入R15寄存器的地址值的bits[1:0]為0b00;否則會產(chǎn)

生不可預(yù)知的結(jié)果。對于Thumb指令集來說,指令是半字對齊的。處理器將忽略bit[0]。

還有一些指令對于R15的用法有一些特殊的要求。比如,指令BX利用bit[0]來確定是ARM

指令,還是Thumb指令。

8、 指令mov pc, pc將程序跳轉(zhuǎn)到當(dāng)前指令下面第2條指令處執(zhí)行。類似的指令還有

add pc, pc, #0

9、 每一種處理器模式下都有一個專用的物理狀態(tài)寄存器,稱為SPSR(備份程序狀態(tài)寄

存器)。當(dāng)特定的異常中斷發(fā)生時,這個寄存器用于存放當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器的內(nèi)容。

在異常中斷程序退出時,可以用SPSR中保存的值來恢復(fù)CPSR。

10、 由于用戶模式和系統(tǒng)模式不是異常中斷模式,所以它們沒有SPSR。當(dāng)在用戶模式或

系統(tǒng)模式中 訪問SPSR,將會產(chǎn)生不可預(yù)知的結(jié)果。

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