【正文】 COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY 第 3章 ARM尋址方式與指令系統(tǒng) ? ARM編程模型 ? ARM指令格式和尋址方式 ? ARM指令集 ? Thumb指令集 COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY 機(jī)器指令、偽指令和宏指令 ? 機(jī)器指令： 能被處理器直接執(zhí)行，而偽指令宏和宏指令不能。 機(jī)器指令包括 ARM指令集和 Thumb指令集 ； ? 偽指令： 在源程序匯編期間，由匯編編譯器處理。其作用是為匯編程序完成準(zhǔn)備工作； ? 宏指令： 在程序中用于調(diào)用宏，宏是一段獨(dú)立的程序代碼；在程序匯編時，對宏調(diào)用進(jìn)行展開，用宏體代替宏指令。 COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY ARM處理器模式 ? ARM微處理器支持 7種工作模式： 用戶模式、系統(tǒng)模式、快速中斷模式、外部中斷模式、管理模式、中止模式、未定義指令模式。 ? 除 用戶模式 之外的其余 6種稱為非用戶模式，或 特權(quán)模式 。 ? 在特權(quán)模式中，除 系統(tǒng)模式 之外的其余 5種稱為 異常模式 。 ? 處理器的各種工作模式由當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器CPSR的低 5位 M[4:0]決定。 ? 工作模式切換： （ 1）發(fā)生異常，處理器自動改變 CPSR中 M[4:0]的值，進(jìn)入相應(yīng)的工作模式； （ 2）處理器處于特權(quán)模式時，用指令向 CPSR的M[4:0]字段寫入特定的值，進(jìn)入相應(yīng)的工作模式。 ? 用戶模式時，不能改變工作模式，除非發(fā)生異常。 COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY ARM處理器 7種工作模式 處理器模式 說明 備注 M[4:0] 用戶 (usr) 正常程序執(zhí)行模式 不能直接切換到其它模式 10000 快速中斷 (fiq) 支持高速數(shù)據(jù)傳輸及通道處理 FIQ異常響應(yīng)時進(jìn)入此模式 10001 外部中斷 (irq) 用于通用中斷處理 IRQ異常響應(yīng)時進(jìn)入此模式 10010 管理 (svc) 操作系統(tǒng)保護(hù)模式 系統(tǒng)復(fù)位和軟件中斷響應(yīng)時進(jìn)入此模式 10011 中止 (abt) 用于支持虛擬內(nèi)存和 /或存儲器保護(hù) 在 ARM7TDMI沒有大用處 10111 未定義 (und) 支持硬件協(xié)處理器的軟件仿真 未定義指令異常響應(yīng)時進(jìn)入此模式 11011 系統(tǒng) (sys) 運(yùn)行操作系統(tǒng)的特權(quán)任務(wù) 與用戶模式類似，但具有可以直接切換到其它模式等特權(quán) 11111 COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY 特權(quán)模式 處理器模式 說明 備注 用戶 (usr) 正常程序工作模式 不能直接切換到其它模式 系統(tǒng) (sys) 用于支持操作系統(tǒng)的特權(quán)任務(wù)等 與用戶模式類似，但具有可以直接切換到其它模式等特權(quán) 快中斷 (fiq) 支持高速數(shù)據(jù)傳輸及通道處理 FIQ異常響應(yīng)時進(jìn)入此模式 中斷 (irq) 用于通用中斷處理 IRQ異常響應(yīng)時進(jìn)入此模式 管理 (svc) 操作系統(tǒng)保護(hù)代碼 系統(tǒng)復(fù)位和軟件中斷響應(yīng)時進(jìn)入此模式 中止 (abt) 用于支持虛擬內(nèi)存和 /或存儲器保護(hù) 在 ARM7TDMI沒有大用處 未定義 (und) 支持硬件協(xié)處理器的軟件仿真 未定義指令異常響應(yīng)時進(jìn)入此模式 除用戶模式外，其它模式均為特權(quán)模式 。 ARM內(nèi)部寄存器和一些片內(nèi)外設(shè)在硬件設(shè)計(jì)上只允許（或者可選為只允許）特權(quán)模式下訪問。此外，特權(quán)模式可以自由的切換處理器模式，而用戶模式不能直接切換到別的模式。 未定義 中止 (abt) 管理 (svc) 外部中斷 (irq) 快速中斷 (fiq) 系統(tǒng) (sys) COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY 異常模式 處理器模式 說明 備注 用戶 (usr) 正常程序工作模式 不能直接切換到其它模式 系統(tǒng) (sys) 用于支持操作系統(tǒng)的特權(quán)任務(wù)等 與用戶模式類似，但具有可以直接切換到其它模式等特權(quán) 快中斷 (fiq) 支持高速數(shù)據(jù)傳輸及通道處理 FIQ異常響應(yīng)時進(jìn)入此模式 中斷 (irq) 用于通用中斷處理 IRQ異常響應(yīng)時進(jìn)入此模式 管理 (svc) 操作系統(tǒng)保護(hù)代碼 系統(tǒng)復(fù)位和軟件中斷響應(yīng)時進(jìn)入此模式 中止 (abt) 用于支持虛擬內(nèi)存和 /或存儲器保護(hù) 在 ARM7TDMI沒有大用處 未定義 (und) 支持硬件協(xié)處理器的軟件仿真 未定義指令異常響應(yīng)時進(jìn)入此模式 未定義 中止 (abt) 管理 (svc) 外部中斷 (irq) 快速中斷 (fiq) 這五種模式稱為 異常模式 。它們除了可以通過程序切換進(jìn)入外，也可以由特定的異常進(jìn)入。當(dāng)特定的異常出現(xiàn)時，處理器進(jìn)入相應(yīng)的模式。每種異常模式都有一些獨(dú)立的寄存器，以避免異常退出時用戶模式的狀態(tài)不可靠。 COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY 用戶和系統(tǒng)模式 處理器模式 說明 備注 用戶 (usr) 正常程序工作模式 不能直接切換到其它模式 系統(tǒng) (sys) 用于支持操作系統(tǒng)的特權(quán)任務(wù)等 與用戶模式類似，但具有可以直接切換到其它模式等特權(quán) 快速中斷 (fiq) 支持高速數(shù)據(jù)傳輸及通道處理 FIQ異常響應(yīng)時進(jìn)入此模式 外部中斷 (irq) 用于通用中斷處理 IRQ異常響應(yīng)時進(jìn)入此模式 管理 (svc) 操作系統(tǒng)保護(hù)代碼 系統(tǒng)復(fù)位和軟件中斷響應(yīng)時進(jìn)入此模式 中止 (abt) 用于支持虛擬內(nèi)存和 /或存儲器保護(hù) 在 ARM7TDMI沒有大用處 未定義 (und) 支持硬件協(xié)處理器的軟件仿真 未定義指令異常響應(yīng)時進(jìn)入此模式 這兩種模式都不能由異常進(jìn)入，而且它們使用完全相同的寄存器組。 系統(tǒng)模式是特權(quán)模式，不受用戶模式的限制。操作系統(tǒng)在該模式下訪問用戶模式的寄存器就比較方便，而且操作系統(tǒng)的一些特權(quán)任務(wù)可以使用這個模式訪問一些受控的資源。 系統(tǒng) 用戶 (usr) COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY 處理器的工作狀態(tài) ? 從編程的角度講， ARM處理器工作在兩種狀態(tài)：ARM狀態(tài)或 Thumb狀態(tài)。 （ 1） ARM狀態(tài)： 處理器執(zhí)行 32位的 ARM指令集時，工作在這種狀態(tài)。 （ 2） Thumb狀態(tài)： 處理器執(zhí)行 16位的 thumb指令集時，工作在這種狀態(tài)。 ? 狀態(tài)切換： 通過跳轉(zhuǎn)指令實(shí)現(xiàn)。 COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY ARM的寄存器組織 ? 37個寄存器： 31個 通用寄存器，包括程序計(jì)數(shù)器 PC； 6個 狀態(tài)寄存器。 ? 寄存器均為 32位 ，分成 7組 ，各工作模式擁有自己的寄存器組，只能訪問自己的寄存器組。 ? 有些寄存器是重疊的，有些是工作模式特有的。 ? 在不同的工作模式和處理器狀態(tài)下，程序員可以訪問的寄存器不盡相同。 用 戶 模 式R 0R 1R 2R 3R 4R 5R 6R 7R 8R 9R 1 0R 1 1R 1 2R 1 3R 1 4R 1 5C P S R系 統(tǒng) 模 式R 0R 1R 2R 3R 4R 5R 6R 7R 8R 9R 1 0R 1 1R 1 2R 1 3R 1 4R 1 5C P S R管 理 模 式R 0R 1R 2R 3R 4R 5R 6R 7R 8R 9R 1 0R 1 1R 1 2R 1 3 _ s v cR 1 4 _ s v cR 1 5S P S RC P S R _ s v c中 止 模 式R 0R 1R 2R 3R 4R 5R 6R 7R 8R 9R 1 0R 1 1R 1 2R 1 3 _ a b tR 1 4 _ a b tR 1 5S P S RC P S R _ a b t未 定 義 指 令 模 式R 0R 1R 2R 3R 4R 5R 6R 7R 8R 9R 1 0R 1 1R 1 2R 1 3 _ u n dR 1 4 _ u n dR 1 5S P S RC P S R _ u n d外 部 中 斷 模 式R 0R 1R 2R 3R 4R 5R 6R 7R 8R 9R 1 0R 1 1R 1 2R 1 3 _ i r qR 1 4 _ i r qR 1 5S P S RC P S R _ i r q快 速 中 斷 模 式R 0R 1R 2R 3R 4R 5R 6R 7R 8 _ f i qR 9 _ f i qR 1 0 _ f i qR 1 1 _ f i qR 1 2 _ f i qR 1 3 _ f i qR 1 4 _ f i qR 1 5S P S RC P S R _ f i q不分組8個 分組22個 PC 1個 2組 10個 6組 12個 狀態(tài)6個 通用31個 CPSR CPSR CPSR CPSR CPSR SPSR SPSR SPSR SPSR SPSR SP LR PC COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY ARM狀態(tài)各模式下的寄存器 寄存器 類別 寄存器在匯編中的名稱 各模式下實(shí)際訪問的寄存器 用戶 系統(tǒng) 管理 中止 未定義 外部中斷 快速中斷 通用寄存器和程序計(jì)數(shù)器 R1(a2) R1 R2(a3) R2 R3(a4) R3 R4(v1) R4 R5(v2) R5 R6(v3) R6 R7(v4) R7 R8(v5) R8 R8_fiq * R9(SB,v6) R9 R9_fiq * R10(SL,v7) R10 R10_fiq * R11(FP,v8) R11 R11_fiq * R12(IP) R12 R12_fiq * R13(SP) R13 R13_svc* R13_abt * R13_und * R13_irq * R13_fiq * R14(LR) R14 R14_svc * R14_abt * R14_und * R14_irq * R14_fiq * R15(PC) R15 狀態(tài) 寄存器 R16(CPSR) CPSR SPSR 無 SPSR_svc SPSR_abt SPSR_und SPSR_irq SPSR_fiq COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY ARM寄存器分類 寄存器類別 寄存器在匯編中的名稱 各模式下實(shí)際訪問的寄存器 用戶 系統(tǒng) 管理 中止 未定義 外部中斷 快速中斷 通用寄存器和程序計(jì)數(shù)器 R0(a1) R0 R1(a2) R1 R2(a3) R2 R3(a4) R3 R4(v1) R4 R5(v2) R5 R6(v3) R6 R7(v4) R7 R8(v5) R8 R8_fiq R9(SB,v6) R9 R9_fiq R10(SL,v7) R10 R10_fiq R11(FP,v8) R11 R11_fiq R12(IP) R12 R12_fiq R13(SP) R13 R13_svc R13_abt R13_und R13_irq R13_fiq R14(LR) R14 R14_svc R14_abt R14_und R14_irq R14_fiq R1