|
ARM處理器共有37個(gè)寄存器。其中包括： **31個(gè)通用寄存器，包括程序計(jì)數(shù)器（PC）在內(nèi)。這些寄存器都是32位寄存器。 **6個(gè)狀態(tài)寄存器。這些寄存器都是32位寄存器。 ARM處理器共有7種不同的處理器模式，每一種模式中都有一組相應(yīng)的寄存器組。在任何時(shí)刻，可見的寄存器包括15個(gè)通用寄存器（R0-R14）,一個(gè)或兩個(gè)狀態(tài)寄存器及程序計(jì)數(shù)器（PC）。在所有的寄存器中，有些是各模式公用一個(gè)物理寄存器，有一些寄存器各模式擁有自己獨(dú)立的物理寄存器。 **************************************************** 通用寄存器 ***************************************************8 通用寄存器分為以下三類：備份寄存器、未備份寄存器、程序計(jì)數(shù)器PC 未備份寄存器 未備份寄存器包括R0-R7。對于每一個(gè)未備份寄存器來說，所有處理器模式下都是使用同一個(gè)物理寄存器。未備份寄存器沒有被系統(tǒng)用于特別的用途，任何可采用通用寄存器的場合都可以使用未備份寄存器。 備份寄存器 對于R8-R12備份寄存器來說，每個(gè)寄存器對應(yīng)兩個(gè)不同的物理寄存器。系統(tǒng)為將備份寄存器用于任何的特殊用途，但是當(dāng)中斷處理非常簡單，僅僅使用R8-R14寄存器時(shí)，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，從而可以使中斷處理非常迅速。 對于R13,R14備份寄存器來說，每個(gè)寄存器對應(yīng)六個(gè)不同的物理寄存器，其中的一個(gè)是系統(tǒng)模式和用戶模式共用的；另外的五個(gè)對應(yīng)于其他的五種處理器模式。采用下面的記號來區(qū)分各個(gè)物理寄存器： R13_<MODE> 其中MODE可以是下面幾種模式之一：usr,svc,abt,und,irq,fiq 程序計(jì)數(shù)器PC 可以作為一般的通用寄存器使用，但有一些指令在使用R15時(shí)有一些限制。由于ARM采用了流水線處理器機(jī)制，當(dāng)正確讀取了PC的值時(shí)，該值為當(dāng)前指令地址值加上8個(gè)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指令是字對齊的，PC值的第0位和第一位總為0。 需要注意的是，當(dāng)使用str/stm保存R15時(shí)，保存的可能是當(dāng)前指令地址值加8個(gè)字節(jié)，也可能保存的是當(dāng)前指令地址值加12個(gè)字節(jié)。到底哪種方式取決于芯片的具體設(shè)計(jì)。對于用戶來說，盡量避免使用STR/STM指令來保存R15的值。
當(dāng)成功的向R15寫入一個(gè)數(shù)值時(shí)，程序?qū)⑻D(zhuǎn)到該地址執(zhí)行。由于ARM指令是字對齊的，寫入R15的值應(yīng)滿足bits[1:0]為0b00，具體要求arm個(gè)版本有所不同：
**對于arm3以及更低的版本，寫入R15的地址值bits[1:0]被忽略，即寫入r15的地址值將與0xFFFF FFFC做與操作。
**對于ARM4以及更高的版本，程序必須保證寫入R15的地址值bits[1:0]為0b00，否則將產(chǎn)生不可預(yù)知的后果。
對于Thumb指令集來說，指令是班子對齊的，處理器將忽略bit[0]。 *************************************************************** 程序狀態(tài)寄存器 ***************************************************************
CPSR(當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器)在任何處理器模式下被訪問。它包含了條件標(biāo)志位、中斷禁止位、當(dāng)前處理器模式標(biāo)志以及其他的一些控制和狀態(tài)位。每一種處理器 模式下都有一個(gè)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(shí)，這個(gè)寄存器用于存放當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器的內(nèi)容。在異常中斷退出時(shí)，可以用SPSR來恢復(fù)CPSR。由于用戶模式和系統(tǒng)模式不是異常 中斷模式，所以他沒有SPSR。當(dāng)用戶在用戶模式或系統(tǒng)模式訪問SPSR，將產(chǎn)生不可預(yù)知的后果。
CPSR格式如下所示。SPSR和CPSR格式相同。 31 30 29 28 27 26 7 6 5 4 3 2 1 0
N Z C V Q DNM(RAZ) I F T M4 M3 M2 M1 M0
***條件標(biāo)志位***
N——本位設(shè)置成當(dāng)前指令運(yùn)算結(jié)果的bit[31]的值。當(dāng)兩個(gè)表示的有符號整數(shù)運(yùn)算時(shí)，n=1表示運(yùn)算結(jié)果為負(fù)數(shù)，n=0表示結(jié)果為正書或零。
z——z=1表示運(yùn)算的結(jié)果為零；z=0表示運(yùn)算的結(jié)果不為零。對于CMP指令，Z=1表示進(jìn)行比較的兩個(gè)數(shù)大小相等。 C——下面分四種情況討論C的設(shè)置方法：
在加法指令中（包括比較指令CMP），當(dāng)結(jié)果產(chǎn)生了進(jìn)位,則C=1,表示無符號運(yùn)算發(fā)生上溢出；其他情況C=0。
在減法指令中（包括減法指令CMP），當(dāng)運(yùn)算中發(fā)生錯(cuò)位，則C=0，表示無符號運(yùn)算數(shù)發(fā)生下溢出；其他情況下C=1。
對于包含移位操作的非加堿運(yùn)算指令，C中包含最后一次溢出的的位的數(shù)值
對于其他非加減運(yùn)算指令，C位的值通常不受影響
V——對于加減運(yùn)算指令，當(dāng)操作數(shù)和運(yùn)算結(jié)果為二進(jìn)制的補(bǔ)碼表示的帶符號數(shù)時(shí)，V=1表示符號為溢出；通常其他指令不影響V位。 ***Q標(biāo)識位***
在ARM V5的E系列處理器中，CPSR的bit[27]稱為q標(biāo)識位，主要用于指示增強(qiáng)的dsp指令是否發(fā)生了溢出。同樣的spsr的bit[27]位也稱為q標(biāo)識位，用于在異常中 斷發(fā)生時(shí)保存和恢復(fù)CPSR中的Q標(biāo)識位。
在ARM V5以前的版本及ARM V5的非E系列的處理器中，Q標(biāo)識位沒有被定義。
***CPSR中的控制位***
CPSR的低八位I、F、T、M[4:0]統(tǒng)稱為控制位。當(dāng)異常中斷發(fā)生時(shí)這些位發(fā)生變化。在特權(quán)級的處理器模式下，軟件可以修改這些控制位。 **中斷禁止位：當(dāng)I=1時(shí)禁止IRQ中斷，當(dāng)F=1時(shí)禁止FIQ中斷 **T控制位：T控制位用于控制指令執(zhí)行的狀態(tài)，即說明本指令是ARM指令還是Thumb指令。對于ARM V4以更高版本的T系列ARM處理器，T控制位含義如下：
T=0表示執(zhí)行ARM指令
T=1表示執(zhí)行Thumb指令
對于ARM V5以及更高版本的非T系列處理器，T控制位的含義如下
T=0表示執(zhí)行ARM指令
T=1表示強(qiáng)制下一條執(zhí)行的指令產(chǎn)生未定指令中斷 ***M控制位***
M控制位控制處理器模式，具體含義如下： M[4:0] 處理器模式 可訪問的寄存器
ob10000 user pc,r14~r0,CPSR
0b10001 FIQ PC,R14_FIQ-R8_FIQ,R7~R0,CPSR,SPSR_FIQ
0b10010 IRQ PC,R14_IRQ-R13_IRQ,R12~R0,CPSR,SPSR_IRQ
0B10011 SUPERVISOR PC,R14_SVC-R13_SVC,R12~R0,CPSR,SPSR_SVC
0b10111 ABORT PC,R14_ABT-R13_ABT,R12~R0,CPSR,SPSR_ABT
0b11011 UNDEFINEED PC,R14_UND-R8_UND,R12~R0,CPSR,SPSR_UND
0b11111 SYSTEM PC,R14-R0,CPSR(ARM V4以及更高版本） CPSR中的其他位 這些位用于將來擴(kuò)展。應(yīng)用軟件不要操作這些位。 在ARM體系中通常有以下3種方式控制程序的執(zhí)行流程： **在正常執(zhí)行過程中，每執(zhí)行一條ARM指令，程序計(jì)數(shù)器(PC)的值加4個(gè)字節(jié)；每執(zhí)行一條Thumb指令，程序計(jì)數(shù)器寄存器(PC)加2個(gè)字節(jié)。整個(gè)過程是按順序執(zhí)行 **跳轉(zhuǎn)指令，程序可以跳轉(zhuǎn)到特定的地址標(biāo)號處執(zhí)行，或者跳轉(zhuǎn)到特定的子程序處執(zhí)行。其中,B指令用于執(zhí)行跳轉(zhuǎn)操作；BL指令在執(zhí)行跳轉(zhuǎn)操作同時(shí)，保存子程
序的返回地址；BX指令在執(zhí)行跳轉(zhuǎn)操作同時(shí)，根據(jù)目標(biāo)地址為可以將程序切換到Thumb狀態(tài)；BLX指令執(zhí)行3個(gè)操作，跳轉(zhuǎn)到目標(biāo)地址處執(zhí)行，保存子程序的返回
地址，根據(jù)目標(biāo)地址為可以將程序切換到Thumb狀態(tài)。
**當(dāng)異常中斷發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)執(zhí)行完當(dāng)前指令后，將跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的異常中斷處理程序處執(zhí)行。當(dāng)異常中斷處理程序執(zhí)行完成后，程序返回到發(fā)生中斷指令的下條指
令處執(zhí)行。在進(jìn)入異常中斷處理程序時(shí)，要保存被中斷程序的執(zhí)行現(xiàn)場，從異常中斷處理程序退出時(shí)，要恢復(fù)被中斷程序的執(zhí)行現(xiàn)場。
ARM中異常中斷的種類
**復(fù)位（RESET)**
當(dāng)處理器復(fù)位引腳有效時(shí)，系統(tǒng)產(chǎn)生復(fù)位異常中斷，程序跳轉(zhuǎn)到復(fù)位異常中斷處理程序處執(zhí)行。復(fù)位異常中斷通常用在下面幾種情況下：系統(tǒng)加電時(shí)；系統(tǒng)復(fù)位時(shí)；跳轉(zhuǎn)到復(fù)位中斷向量處執(zhí)行成為軟復(fù)位。
**未定義的指令**
當(dāng)ARM處理器或者是系統(tǒng)中的協(xié)處理器認(rèn)為當(dāng)前指令未定義時(shí)，產(chǎn)生未定義的指令異常中斷，可以通過改異常中斷機(jī)制仿真浮點(diǎn)向量運(yùn)算。
**軟件中斷**
這是一個(gè)由用戶定義的中斷指令�？捎糜谟脩裟Ｊ较碌某绦蛘{(diào)用特權(quán)操作指令。在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中可以通過該機(jī)制西線系統(tǒng)功能調(diào)用。
**指令與取終止（PrefechAbort)**
如果處理器預(yù)取的指令的地址不存在，或者該地址不允許當(dāng)前指令訪問，當(dāng)被預(yù)取的指令執(zhí)行時(shí)，處理器產(chǎn)生指令預(yù)取終止異常中斷。
**數(shù)據(jù)訪問終止（DATAABORT）
如果數(shù)據(jù)訪問指令的目標(biāo)地址不存在，，或者該地址不允許當(dāng)前指令訪問，處理器產(chǎn)生數(shù)據(jù)訪問終止異常中斷
**外部中斷請求(IRQ)**
當(dāng)處理器的外部中斷請求引腳有效，而且CPSR的寄存器的I控制位被清除時(shí)，處理器產(chǎn)生外部中斷請求異常中斷。系統(tǒng)中個(gè)外設(shè)通過該異常中斷請求處理服務(wù)。
**快速中斷請求（FIQ）**
當(dāng)處理器的外部快速中斷請求引腳有效，而且CPSR的F控制位被清除時(shí)，處理器產(chǎn)生外部中斷請求異常中斷
異常中斷向量表及異常中斷優(yōu)先級
中斷向量表指定了個(gè)異常中斷及其處理程序的對應(yīng)關(guān)系。他通常存放在存儲地址的低端。在ARM體系中，異常中斷向量表的大小為32字節(jié)，其中每個(gè)異常中斷占據(jù)4個(gè)字節(jié)大小，保留了4個(gè)字節(jié)空間。
每個(gè)異常中斷對應(yīng)的中斷向量表中的4個(gè)字節(jié)的空間中存放了一個(gè)跳轉(zhuǎn)指令或者一個(gè)向PC寄存器中賦值的數(shù)據(jù)訪問指令。通過這兩種指令，程序?qū)⑻D(zhuǎn)到相應(yīng)的異常中斷處理程序處執(zhí)行。當(dāng)幾個(gè)異常中斷同時(shí)發(fā)生時(shí)，就必須按照一定的次序來處理這些異常中斷。
各個(gè)異常中斷的中斷向量地址以及中斷的處理優(yōu)先級
中斷向量地址 異常中斷類型 異常中斷模式 優(yōu)先級（6最低）
0x00 復(fù)位 特權(quán)模式 1
0x04 未定義的指令 未定義指令終止模式 6
0x08 軟件中斷 特權(quán)模式 6
0x0C 指令預(yù)取終止 終止模式 5
0x10 數(shù)據(jù)訪問終止 終止模式 2
0x14 保留 未使用 未使用
0x18 外部中斷請求 IRQ模式 4
0x1C 快速中斷請求 FIQ模式 3
在應(yīng)用程序中安裝異常中斷處理程序
1.使用跳轉(zhuǎn)指令：可以在異常中斷對應(yīng)異常向量表中特定位置放置一條跳轉(zhuǎn)指令，直接跳轉(zhuǎn)到該異常中斷的處理程序。這種方法有一個(gè)缺點(diǎn)，即只能在32M空間范圍內(nèi)跳轉(zhuǎn)。
2.使用數(shù)據(jù)讀取指令LDR：使用數(shù)據(jù)讀取指令LDR向程序計(jì)數(shù)器PC中直接賦值。這種方法分為兩步：先將異常中斷處理程序的絕對地址存放在存放在距離向量表4KB范圍內(nèi)的一個(gè)存儲單元中；再使用數(shù)據(jù)讀取指令LDR將該單元的內(nèi)容讀取到程序計(jì)數(shù)器PC中。在系統(tǒng)復(fù)位時(shí)安裝異常中斷處理程序**
1.地址0x00處為ROM的情況
使用數(shù)據(jù)讀取指令LDR示例如下所示：
Vector_Init_Block
LDR PC, Reset_Addr
LDR PC, Undefined_Addr
LDR PC, SW_Addr
LDR PC, Prefeth_Addr
LDR PC, Abort_Addr
NOP
LDR PC, IRQ_Addr
LDR PC, FIQ_Addr
Reset_Addr DCD Start_Boot
Undefined_Addr DCD Undefined_Handle
SW_Addr DCD SWI_Handle
Prefeth_Addr DCD Prefeth_Handle
Abort_Addr DCD Abort_Handle
DCD 0
IRQ_Addr DCD IRQ_Handle
FIQ_Addr DCD FIQ_Handle
使用跳轉(zhuǎn)指令的示例如下所示：
Vector_Init_Block
BL Reset_Handle
BL DCD Undefined_Handle
BL SWI_Handle
BL Prefeth_Handle
BL Abort_Handle
NOP
BL IRQ_Handle
BL FIQ_Handle
2.地址0x00處為RAM的情況
地址0x00處為RAM時(shí)，中斷向量表必須使用數(shù)據(jù)讀取指令直接指向PC中賦值的形式。而且，必須使用下面的代碼巴中斷向量表從ROM中復(fù)制到RAM中地址0x00開始處的存儲空間中：
MOV r8,#0
ADR r9,Vector_Init_Block
;復(fù)制中斷向量表（8字）
LDMIA r9!,(r0-r7)
STMIA r8!,(r0-r7)
;復(fù)制保存各中斷處理函數(shù)地址的表（8字words）
LDMIA r9!,(r0-r7)
STMIA r8!,(r0-r7)
| 
QQ好友和群
QQ空間
騰訊微博
騰訊朋友
收藏
淘帖
頂
踩
