【正文】 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第四章 ARM處理器 編程模型與指令系統(tǒng) 主要內(nèi)容 ? ARM微處理器的工作狀態(tài) ? ARM微處理器的運(yùn)行模式 ? ARM體系結(jié)構(gòu)的存儲器格式 ? 寄存器組織 ? ARM的異常 ? ARM微處理器的指令系統(tǒng)基礎(chǔ) ? ARM指令的尋址方式 ? ARM指令集 ? Thumb指令及應(yīng)用 ARM微處理器的工作狀態(tài) ? 從編程的角度看， ARM微處理器的工作狀態(tài)一般有兩種，并可在兩種狀態(tài)之間切換： ?ARM狀態(tài) ： 此時(shí)處理器執(zhí)行 32位的字對齊的 ARM指令 ?Thumb狀態(tài) ： 此時(shí)處理器執(zhí)行 16位的、半字對齊的 Thumb指令 ARM微處理器的工作狀態(tài) ? ARM指令集和 Thumb指令集均有切換處理器狀態(tài)的指令，并可在兩種工作狀態(tài)之間切換，但ARM微處理器在開始執(zhí)行代碼時(shí)，應(yīng)該處于 ARM狀態(tài) ?進(jìn)入 ARM狀態(tài) ：當(dāng)操作數(shù)寄存器的狀態(tài)位（位 0）為 0時(shí)，執(zhí)行 BX指令時(shí)可以使微處理器從 Thumb狀態(tài)切換到 ARM狀態(tài)。 ?進(jìn)入 Thumb狀態(tài) ：當(dāng)操作數(shù)寄存器的狀態(tài)位（位 0）為 1時(shí)，可以采用執(zhí)行 BX指令的方法，使微處理器從 ARM狀態(tài)切換到 Thumb狀態(tài)。 處理器的工作狀態(tài) 例： 從 ARM狀態(tài)切換到 Thumb狀態(tài)： LDR R0,=Label+1 BX R0 從 Thumb狀態(tài)切換到 ARM狀態(tài)： LDR R0,=Label BX R0 主要內(nèi)容 ? ARM微處理器的工作狀態(tài) ? ARM微處理器的運(yùn)行模式 ? ARM體系結(jié)構(gòu)的存儲器格式 ? 寄存器組織 ? ARM的異常 ? ARM微處理器的指令系統(tǒng)基礎(chǔ) ? ARM指令的尋址方式 ? ARM指令集 ? Thumb指令及應(yīng)用 ARM微處理器的運(yùn)行模式 ? ARM微處理器支持 7種運(yùn)行模式，分別為： (usr):ARM處理器正常的程序執(zhí)行狀態(tài)； (fiq):用于高速數(shù)據(jù)傳輸或通道處理； (irq):用于通用的中斷處理； (supervisor):操作系統(tǒng)使用的保護(hù)模式； (abort):當(dāng)數(shù)據(jù)或指令預(yù)取終止時(shí)進(jìn)入該模式，可用于虛擬存儲及存儲保護(hù)； (system):運(yùn)行具有特權(quán)的操作系統(tǒng)任務(wù)； (undefined):當(dāng)未定義的指令執(zhí)行時(shí)進(jìn)入該模式，可用于支持硬件協(xié)處理器的軟件仿真。 ARM微處理器的運(yùn)行模式 ?除用戶模式以外，其余的所有 6種模式稱之為 非用戶模式 ，或 特權(quán)模式（ Privileged Modes） ； ?除用戶模式和系統(tǒng)模式以外的 5種又稱為異常模式（ Exception Modes） ，常用于處理中斷或異常，以及需要訪問受保護(hù)的系統(tǒng)資源等情況。 處理器模式 說明 備注 用戶 (usr) 正常程序執(zhí)行模式 不能直接切換到其它模式 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) 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(shí)進(jìn)入此模式 中斷 (irq) 用于通用中斷處理 IRQ異常響應(yīng)時(shí)進(jìn)入此模式 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(shí)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(shí)進(jìn)入此模式 處理器工作模式 ? ARM處理器有 7種工作模式 主要內(nèi)容 ? ARM微處理器的工作狀態(tài) ? ARM微處理器的運(yùn)行模式 ? ARM體系結(jié)構(gòu)的存儲器格式 ? 寄存器組織 ? ARM的異常 ? ARM微處理器的指令系統(tǒng)基礎(chǔ) ? ARM指令的尋址方式 ? ARM指令集 ? Thumb指令及應(yīng)用 ARM體系結(jié)構(gòu)的存儲器格式 ? ARM體系結(jié)構(gòu)可以用兩種方法存儲字?jǐn)?shù)據(jù) ?大端格式 ： 字?jǐn)?shù)據(jù)的高字節(jié)存儲在低地址中，而字?jǐn)?shù)據(jù)的低字節(jié)則存放在高地址中。 841 11 0910765323 1 2 4 2 3 1 6 1 5 8 7 0字 地 址840低 地 址高 地 址 ARM體系結(jié)構(gòu)的存儲器格式 ? ARM體系結(jié)構(gòu)可以用兩種方法存儲字?jǐn)?shù)據(jù) ?小端格式 ： 與大端存儲格式相反，在小端存儲格式中，低地址中存放的是字?jǐn)?shù)據(jù)的低字節(jié)，高地址存放的是字?jǐn)?shù)據(jù)的高字節(jié)。 1 17891 023456013 1 2 4 2 3 1 6 1 5 8 7 0字 地 址840低 地 址高 地 址 示例 A. 小端存儲法 (0x01234567) 地址 0x8000 0x8001 0x8002 0x8003 數(shù)據(jù)（ 16進(jìn)制表示） 0x67 0x45 0x23 0x01 數(shù)據(jù)（二進(jìn)制表示） 01100111 01000101 00100011 00000001 B. 大端存儲法 地址 0x8000 0x8001 0x8002 0x8003 數(shù)據(jù)（ 16進(jìn)制表示） 0x01 0x23 0x45 0x67 數(shù)據(jù)（二進(jìn)制表示） 00000001 00100011 01000101 01100111 主要內(nèi)容 ? ARM微處理器的工作狀態(tài) ? ARM微處理器的運(yùn)行模式 ? ARM體系結(jié)構(gòu)的存儲器格式 ? 寄存器組織 ? ARM的異常 ? ARM微處理器的指令系統(tǒng)基礎(chǔ) ? ARM指令的尋址方式 ? ARM指令集 ? Thumb指令及應(yīng)用 寄存器組織 ARM狀態(tài)下的寄存器組織 通用寄存器 ：通用寄存器包括 R0~R15，可以分為三類： ?未分組寄存器 R0~R7 ?分組寄存器 R8~R14 ?程序計(jì)數(shù)器 PC（ R15） ARM狀態(tài)下的寄存器組織 R 8 _ f i gR 9 _ f i gR 1 4 _ u n dR 1 3 _ u n dR 1 4 _ i r qR 1 3 _ i r qR 1 4 _ a b tR 1 3 _ a b t R 1 5 ( P C ) R 1 4 R 1 3 R 1 2 R 1 1 R 1 0R 1 3 _ s v cR 1 4 _ f i gR 1 3 _ f i gR 1 2 _ f i gR 1 1 _ f i gR 1 0 _ f i gR 1 4 _ s v cS P S R _ u n dS P S R _ i r qS P S R _ a b tS P S R _ s v c S P S R _ f i gU s e r F I GS u p e r v i s o r A b o r t I R Q U n d e f i n e d狀 態(tài)寄 存 器C P S R分 組 寄 存 器S y s t e m 通用寄存器和程序計(jì)數(shù)器異 常 模 式特 權(quán) 模 式模 式 R 9 R 8 R 7 R 6 R 5 R 4 R 3 R 2 R 1 R 0 處理器工作模式 ? 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(shí)進(jìn)入此模式 中斷 (irq) 用于通用中斷處理 IRQ異常響應(yīng)時(shí)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(shí)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(shí)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 (und) 中止 (abt) 管理 (svc) 中斷 (irq) 快中斷 (fiq) 系統(tǒng) (sys) 處理器工作模式 ? 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(shí)進(jìn)入此模式 中斷 (irq) 用于通用中斷處理 IRQ異常響應(yīng)時(shí)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(shí)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(shí)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(gè)模式訪問一些受控的資源。 系統(tǒng) (sys) 用戶 (usr) 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 中斷 快中斷 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 *