【正文】 i 其中 R0～ R7為未分組的寄存器 ，也就是說對于任何處理器模式，這些寄存器都對應(yīng)于相同的 32位物理寄存器。即處理器的當(dāng)前狀態(tài)和模式?jīng)Q定了可以訪問的物理寄存器集合，并且在任何狀態(tài)、模式下最多可見到 18個(gè)寄存器。 ④ 中斷模式（ irq）：處理器響應(yīng) irq中斷時(shí)，進(jìn)入該模式。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。當(dāng)特定的異常出現(xiàn)時(shí)，處理器進(jìn)入相應(yīng)的模式。 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。 T h u m b 指 令 集A R M 指 令 集page 西安郵電學(xué)院 計(jì)算機(jī)系 15 2021/11/10 ARM處理器模式 ARM體系結(jié)構(gòu)支持 7種處理器模式，分別為：用戶模式 、 快中斷模式 、 中斷模式 、 管理模式 、中止模式 、 未定義模式 和 系統(tǒng)模式 。 正在被譯碼的指令； 0x4008 cmd3 。 2 在第 3個(gè)周期， 指向指令 3，此時(shí)指令進(jìn)入三級流水線的執(zhí)行階段，指令 2進(jìn)入譯碼階段，取出指令 3。 ? 大多數(shù)指令的條件執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)最快速的代碼執(zhí)行。尋址方式簡單，指令系統(tǒng)小； ④ 指令長度固定。諾依曼存儲(chǔ)器體系結(jié)構(gòu)和哈佛存儲(chǔ)器體系結(jié)構(gòu) page 西安郵電學(xué)院 計(jì)算機(jī)系 7 2021/11/10 1. RISC處理器 RISC是精簡指令集計(jì)算機(jī)的縮寫，其目標(biāo)是設(shè)計(jì)出在高時(shí)鐘頻率下單周期執(zhí)行，簡單而有效的指令集。它將技術(shù)授權(quán)給世界上許多著名的半導(dǎo)體、軟件和 OEM廠商，并提供服務(wù)。 ? ARM公司的特點(diǎn)是只設(shè)計(jì)芯片，而不生產(chǎn)。 ?馮 使得大多數(shù)指令在單周期內(nèi)執(zhí)行完成，以減少微程序技術(shù)中的指令解釋開銷； ③ 減少指令和尋址方式的種類。 page 西安郵電學(xué)院 計(jì)算機(jī)系 9 2021/11/10 ? 每條數(shù)據(jù)處理指令可同時(shí)包含算術(shù)邏輯單元（ ALU）的運(yùn)算和移位處理，實(shí)現(xiàn) ALU和移位器的最大利用； ? 使用地址自增和自減的尋址方式優(yōu)化程序循環(huán)； ? 裝載 /保存指令對數(shù)據(jù)的批量傳輸，實(shí)現(xiàn)最大數(shù)據(jù)吞吐量 。 1 在第 2個(gè)周期， 指向指令 2，此時(shí)指令1進(jìn)入三級流水線的譯碼階段，同時(shí)取出指令 2。 正在被執(zhí)行的指令 ； PC ← PC 當(dāng)前值 + 4 0x4004 cmd2 。 注意： 兩個(gè)狀態(tài)之間切換并不影響處理器模式或寄存器內(nèi)容。 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(chǔ)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 page 西安郵電學(xué)院 計(jì)算機(jī)系 17 2021/11/10 ? 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(chǔ)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 。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。 系統(tǒng)模式是特權(quán)模式，不受用戶模式的限制。 ③ 未定義指令模式（ und）：處理器遇到不支持的指令時(shí)，進(jìn)入該模式。但是這些寄存器不能被同時(shí)訪問，具體哪些寄存器可被編程訪問，取決微處理器當(dāng)前的工作狀態(tài)及運(yùn)行模式。它們是完全通用的寄存器，不會(huì)被體系結(jié)構(gòu)作為特殊用途，并且可用于任何使用通用寄存器的指令。一個(gè)用于除 FIQ模式之外的所有寄存器模式，另一個(gè)用于 FIQ模式。 fi i t fi i t page 西安郵電學(xué)院 計(jì)算機(jī)系 31 2021/11/10 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 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 CPSR CPSR SPSR 無 SPSR_abt SPSR_abt SPSR_und SPSR_irq SPSR_fiq 堆棧指針寄存器 R13（ SP） 寄存器 R13常作為 堆棧指針（ SP）。 page 西安郵電學(xué)院 計(jì)算機(jī)系 33 2021/11/10 2. ARM處理器特別功能寄存器 ? 堆棧指針寄存器（ SP） 堆棧是一種具有“后進(jìn)先出”（ LIFOLast In First Out） 特殊訪問屬性的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。 狀態(tài)寄存器 用戶 系統(tǒng) 管理 中止 未定義 中斷 快速中斷 CPSR CPSR SPSR SPSR_svc SPSR_abt SPSR_und SPSR_irq SPSR_fiq page 西安郵電學(xué)院 計(jì)算機(jī)系 37 2021/11/10 3. Thumb狀態(tài)下的寄存器 Thumb狀態(tài)寄存器集是 ARM狀態(tài)集的子集，程序員可以直接訪問的寄存器為： ?8個(gè)通用寄存器 R0～ R7； ?程序計(jì)數(shù)器（ PC）； ?堆棧指針（ SP）； ?鏈接寄存器（ LR）； ?有條件訪問程序狀態(tài)寄存器（ CPSR）。對于任何處理器模式，它們中的每一個(gè)都對應(yīng)于相同的 32為物理寄存器。 注意 ：在發(fā)生異常時(shí)，處理器自動(dòng)進(jìn)入 ARM狀態(tài)。 page 西安郵電學(xué)院 計(jì)算機(jī)系 44 2021/11/10 ARM7TDMI內(nèi)核包含 1個(gè) CPSR和 5個(gè)供異常處理程序使用的 SPSR。詳細(xì)信息請參閱第 4章 。通過算術(shù)操作、邏輯操作、 MSR或者 LDM指令可以對這些位進(jìn)行設(shè)置。當(dāng)進(jìn)行減法運(yùn)算 (包括CMP 指令 )，并且最高位產(chǎn)生借位時(shí) C=0，否則C=1。 它們分別是： ?中斷禁止位； ?T位； ?模式位。 注意 ：不是所有模式位的組合都定義了有效的處理器模式，如果使用了錯(cuò)誤的設(shè)置，將引起一個(gè)無法恢復(fù)的錯(cuò)誤。 page 西安郵電學(xué)院 計(jì)算機(jī)系 55 2021/11/10 第 2章 目錄 ?1. ARM7體系結(jié)構(gòu) ?2. ARM7的狀態(tài)與模式 ?3. ARM7的寄存器 ?4. ARM7當(dāng)前程序狀態(tài) 寄存器（ CPSR） ?5. ARM7的異常與異常處理 ?6. ARM7的存儲(chǔ)系統(tǒng) page 西安郵電學(xué)院 計(jì)算機(jī)系 56 2021/11/10 1. ARM7的異常 ? 在 ARM中，異常是一些事件，這些事件能導(dǎo)致正常的程序執(zhí)行流程被暫時(shí)地停止，而進(jìn)入到該事件對應(yīng)的處理器異常模式并對該事件進(jìn)行處理，這個(gè)過程稱作異常響應(yīng)。 只有裝載 、 保存和交換指令可訪問存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù) 。 page 西安郵電學(xué)院 計(jì)算機(jī)系 61 2021/11/10 字節(jié) 0～字節(jié) 3緊鄰的 4個(gè)字節(jié)單元構(gòu)成了存儲(chǔ)空間的第一個(gè)‘字’單元；用字節(jié) 0的地址表示該‘字’的地址。 ? 存儲(chǔ)器格式 page 西安郵電學(xué)院 計(jì)算機(jī)系 63 2021/11/10 …… …… A A+1 A+2 A+3 存儲(chǔ)器 …… …… A A+1 A+2 A+3 存儲(chǔ)器 0x12 0x34 0x56 0x78 0x78 0x56 0x34 0x12 數(shù)據(jù) 0x12345678在大小端模式的存儲(chǔ)差異： 小端存儲(chǔ)系統(tǒng) 大端存儲(chǔ)系統(tǒng)