复习3

ARM状态的寄存器_ARM状态通用寄存器
不分组寄存器R0~R7 :
R0~R7是不分组寄存器。这意味着在所有 处理器模式下，它们每一个都访问的是同 一个物理寄存器。它们是真正并且在每种 状态下都统一的通用寄存器。 必须注意对同一寄存器在不同模式下使用 时的数据保护。

ARM状态的寄存器_ARM状态通用寄存器
ARM寄存器组成概述 ARM状态下的寄存器组织 Thumb状态下的寄存器组织
ARM寄存器组成概述
ARM处理器总共有37个寄存器，这37个寄存 器按它在用户编程中的功能划分，可以分为以 下两类寄存器
31个通用寄存器 在这31个通用寄存器中包括了程序计数器 （PC）,这些寄存器都是32位的。 6个状态寄存器。
ARM状态的寄存器_ARM状态通用寄存器
通用寄存器（R0~R15）可分为3类：
不分组寄存器（The unbanked registers）： R0~R7； 分组寄存器（The banked registers）： R8~R14； 程序计数器：R15（PC）
程序计数器：R15（PC）

ARM状态下的寄存器组织
一．ARM状态的寄存器简介 二．ARM状态的通用寄存器 三．ARM程序状态寄存器
ARM程序状态寄存器
所有处理器模式下都可以访问当前的程 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。 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 状态，以便异常返回后恢复异常发生时 的工作状态。
中止 R0
未定义
普通中断
快速中断
R1
R2 R3 R4 R5 R6 R7
R13(SP)
R14(LR)
R13-svc
R14-svc
R13-abt
R13-und
R13-irq
R14-irq
R13-fiq
R14-fiq
R14-abt R14-und R15 (PC)
CPSR
无 SPSR-svc SPSR-abt SPSR-und SPSR-irq SPSR-fiq
ARM处理器工作状态
ARM处理器在两种工作状态之间切换方法为
进入Thumb状态:
当操作数寄存器Rm的状态位bit［0］为1时， 执行BX Rm指令进 入 Thumb状态 所有的异常都是在ARM状态下进行，如果处理 器在Thumb状态进入异常，则当异常处理（IRQ ，FIQ，Undef，Abort和SWI）返回时，自动切 换到Thumb状态。
嵌入式系统设计
陕科大：张开生 Tel:(029)86168628(B323) E_mail:qrsjsj@ QQ:80649433
嵌入式系统开发与应用
复习3 ARM体系结构
ARM技术基础
ARM处理器工作状态 ARM处理器工作模式 ARM寄存器组成 ARM的异常中断 ARM组织结构简介 ARM存储器接口及存储器层次 ARM协处理器 ARM片上总线AMBA 基于JTAG的ARM系统调试
ARM处理器工作状态
进入ARM状态:
当操作数寄存器Rm的状态位bit［0］为0 时，执行BX Rm指令进入ARM状态。 如果处理器进行异常处理（IRQ，FIQ， Undef，Abort和SWI），在此情况下，把 PC放入异常模式链接寄存器LR中，从异常 向量地址开始执行也可以进入ARM状态。
ARM处理器工作状态
自从ARM7TDMI核以后，体系结构中具有T变 种的ARM处理器核可以工作在以下两种状态：
ARM状态
32位，ARM状态下执行字对准的32位ARM指令；
Thumb状态
16位，Thumb状态下执行半字对准的16位Thumb指 令。在Thumb状态下，程序计数器PC使用位1选择另 一个半字。
11011
未定义
11111
系统
ARM处理器工作模式


除用户模式外的其他6种模式称为 特权模式。 特权操作模式主要处理异常和监控调 用（有时称为软件中断），它们可以 自由的访问系统资源和改变模式。 特权模式中除系统模式以外的5种模 式又称为异常模式， 特权模式由异常模式和系统模式组成
ARM寄存器组成
分组寄存器R8~R14
FIQ模式分组寄存器R8~R12
在FIQ模式下使用R8_fiq～R12_fiq，FIQ处理程 序可以不必 保存和恢复中断现场，从而使FIQ中断的处理过程更加迅速。
FIQ以外的分组寄存器R8~R12
在FIQ模式以外的其它4种异常模式下，可以访问 R8～R12 的寄存器和用户模式、系统模式下的R8-R12没有区别，是属 于同一物理寄存器，也没有任何指定的特殊用途
ARM处理器工作状态
在程序执行的过程中，处理器可以在 两种状态下切换。需要强调的是：
ARM和Thumb之间状态的切换不影响处理器 的模式或寄存器的内容。 ARM指令集和Thumb指令集都有相应的状态 切换命令。 ARM处理器在开始执行代码时，只能处于 ARM状态。
ARM处理器工作模式
通 用 寄 存 器 和 程 序 计 数 器 R13(SP) R14(LR) 状态寄存 器 R13-svc R14-svc
R13-irq R14-irq
无
SPSR-svc
SPSR-irq
SPSR-fiq
ARM状态的寄存器_ARM状态通用寄存器
通用寄存器（R0~R15）可分为3类：
不分组寄存器（The unbanked registers）： R0~R7； 分组寄存器（The banked registers）： R8~R14； 程序计数器：R15（PC）
ARM处理器共支持所列的7种处理器模式 见下表 表2-2中给出了CPSR［4：0］与七种工 作模式的关系以及各种模式的解释。
CPSR［4：0］
模式
用户
用途
正常用户模式， 程序正常执行模式
可访问的寄存器
PC，R14~R0，CPSR
10000
10001
10010 10011 10111
FIQ
IRQ SVC 中止
Thumb状态下的寄存器集是ARM状态下寄存 器集的子集。 程序员可以直接访问8个通用的寄存器 （R0~R7），程序计数器PC、堆栈指针SP、 连接寄存器LR和当前状态寄存器CPSP。 每一种特权模式都各有一组SP，LR和SPSR。 图2-6为Thumb状态下寄存器组织图。
用户
系统
管理
ARM状态下的寄存器组织
一．ARM状态的寄存器简介 二．ARM状态的通用寄存器 三．ARM程序状态寄存器
模式 特权模式
用户 系统 管理 中止 R0 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 R11 R12 R13-abt R13-und R14-abt R14-und R15(PC) CPSR SPSR-abt SPSR-und R8-fiq R9-fiq R10-fiq R11-fiq R12-fiq R13-fiq R14-fiq 异常模式 未定义 普通中断 快速中断
ARM的异常中断


异常 : ARM的异常中断：
在正常的程序执行过程中，每执行一条ARM指令，程序计 数器 （PC）的值加4；每执行一条Thumb指令，程序计数 器寄存器（PC）的值加2，整个过程是按顺序执行。 在程序执行过程中通过控制跳转类指令，程序可以跳转到 特定的地址标号处执行，或者跳转到特定的子程序处执行。 而当异常中断发生时，系统执行完当前指令后，将跳转到 相应的异常中断处理程序处执行异常处理，异常中断处理 完成后，程序返回。
31个通用寄存器
R0～R15； R13_svc、R14_svc； R13_abt、R14_abt； R13_und、R14_und； R13_irq、R14_irq； R8_frq-R14_frq。
6个状态寄存器


CPSR；SPSR_svc、SPSR_abt、 SPSR_und、SPSR_irq和SPSR_fiq。 6个状态寄存器也是32位的，但目前只使 用了其中的12位


其中<mode>可以从svc、abt、und、irq和fiq5种 模式中选取一个。
两种方式可实现子程序的返回
执行下面任何一条指令都可以实现子程序的返回： MOV PC，LR BX LR 在子程序入口使用下面的指令将PC保存到栈中： STMFD SP！，｛<registers>，LR｝ 相应地，下面的指令可以实现子程序返回： LDMFD SP！，｛<registers>，PC｝
ARM程序状态寄存器
条件码标志 控制位
最低8位I，F，T和M［4：0］位用做控制位。当异常出现时改变控制位。当处理器 在特权模式下时也可以由软件改变。
– 中断禁止位
I =1则禁止IRQ中断；F=1则禁止FIQ中断。
– T位
T=0指示ARM执行；T=1指示Thumb执行。
– M模式位
M0，M1，M2，M3和M4 （M［4：0］）是模式位，这些位决定 处理器的工作模式，如图2-4所示。注意，M［4：0］其他组合 的结果是不可预知的。
1: Thumb
0：ARM 1：禁止 FIQ 中 断 禁 止 0：允许 位 1：禁止 IRQ 中 断 禁 止 0：允许 位 图2-5 程序状态寄存器
工作状态位
Thumb状态下的寄存器组织
Thumb状态下的寄存器组织概述 Thumb状态和ARM状态下的寄存器关系
Thumb状态下的寄存器组织概述
图2-6 Thumb状态下的寄存器组织
Thumb状态和ARM状态下的寄存器关系


Thumb状态的R0~R7与ARM状态的R0~R7是一致 的。 Thumb状态的CPSR和SPSR与ARM状态的CPSR 和SPSR是一致的。 Thumb状态的SP映射到ARM状态的R13。 Thumb状态的LR映射到ARM状态的R14。 Thumb状态的PC映射到ARM状态的PC（R15）。 高寄存器R8~R15并不是标准寄存器集的一部分， 在使用它们时有一定的限制，具体用法见第4章 Thumb指令介绍。
ARM状态的寄存器_ARM状态通用寄存器
分组寄存器R13、R14
寄存器R13、R14各有6个分组的物理寄存器。1 个用于用户模式和系统模式，而其他5个分别用 于5种异常模式。 异常模式下R13、R14的访问时特别需要明确指 定 它们的工作模式。寄存器名字构成规则如下：
R13_<mode> R14_<mode>
ARM寄存器组成概述
这些寄存器并不是在同一时间全都可以被 编程者看到或访问的。 处理器工作状态和工作模式共同决定了程 序员可以访问的寄存器。 如作状态，也就是说ARM处 理器在每个时刻只能工作在七种模式中的 任何一种和ARM、Thumb状态中一种 因此程序员可以操作的寄存器因工作状态 和工作模式不同而不同。
其他位
条件码标志位
保留位
控制位
N Z C V .. … ….
I F T M M M M M 4 3 2 1 0
Overflow
Carry Zero Negative
模式位
M[4:0] 模式 0b10000 用户 0b10001 FIQ 0b10010 IRQ 0b10011 管理 0b10111 中止 0b11011 未定义 0b11111 系统
寄存器R15被用作程序计数器，也称为PC。它虽 然可以作为一般的通用寄存器使用，但是由于 R15的特殊性，即R15值的改变将引起程序执行 顺序的变化，这有可能引起程序执行中出现一些 不可预料的结果， 对于R15的使用一定要慎重。当向R15中写入一 个地址值时，程序将跳转到该地址执行。由于在 ARM状态下指令总是是字对齐的，所以R15值的 第0位和第1位总为0，PC［31：2］用于保存地 址。
处理快速中断,支持高速数 PC，R14_fiq~R8_fiq， R7~R0，CPSR，SPSR_fiq 据传送或通道处理
处理普通中断 操作系统保护模式 处理软件中断（SWI） 处理存储器故障、实现虚 拟存储器和存储器保护 处理未定义的指令陷阱， 支持硬件协处理器的软件 仿真 运行特权操作系统任务 PC，R14_irq~R13_fiq， R12~R0，CPSR，SPSR_irq PC，R14_svc~R13_svc， R12~R0，CPSR，SPSR_svc PC，R14_abt~R13_abt， R12~R0，CPSR，SPSR_abt PC，R14_und~R13_und， R12~R0，CPSR， SPSR_und PC，R14~R0，CPSR