【正文】 異常產(chǎn)生指令 表 221 ARM異常產(chǎn)生指令 助 記 符 含 義 操 作 SWI 軟中斷指令 產(chǎn)生軟中斷，處理器進(jìn)入管理模式 BKPT 斷點(diǎn)中斷指令 處理器產(chǎn)生軟件斷點(diǎn) 軟件中斷指令（ Software Interrupt，SWI）用于產(chǎn)生軟中斷，從而實(shí)現(xiàn)從用戶模式變換到管理模式， CPSR保存到管理模式的 SPSR中，執(zhí)行轉(zhuǎn)移到 SWI向量，在其他模式下也可以使用 SWI指令，處理器同樣切換到管理模式。 【例 26】 禁止 IRQ中斷。 跳轉(zhuǎn)指令 表 218 ARMv5架構(gòu)跳轉(zhuǎn)指令 助記符 說(shuō) 明 操 作 B 跳轉(zhuǎn)指令 pc←label BL 帶返回的連接跳轉(zhuǎn) pc←label(lr←BL 后面的第一條指令 ) BX 跳轉(zhuǎn)并切換狀態(tài) pc←Rm0xfffffffe, T←Rm1 BLX 帶返回的跳轉(zhuǎn)并切換狀態(tài) pc←lable, T←1 pc←Rm0xfffffffe, T←Rm1 lr←BL 后面的第一條指令 （ 1）指令的語(yǔ)法格式 B{L}{cond} target_address （ 2）程序舉例 1．跳轉(zhuǎn)指令 B及帶連接的跳轉(zhuǎn)指令 BL 帶狀態(tài)切換的跳轉(zhuǎn)指令（ BX）使程序跳轉(zhuǎn)到指令中指定的參數(shù) Rm指定的地址執(zhí)行程序，Rm的第 0位復(fù)制到 CPSR中 T位， bit[31∶1] 移入 PC。LDM為加載多個(gè)寄存器， STM為存儲(chǔ)多個(gè)寄存器。 指令的語(yǔ)法格式： STR{cond}H Rd,addr_mode 6． STRH指令 多寄存器的 Load/Store內(nèi)存訪問(wèn)指令 表 215 多寄存器的 Load/Store內(nèi)存訪問(wèn)指令 指 令 作 用 操 作 LDM 裝載多個(gè)寄存器 {Rd}*N←mem32[start address+4*N] STM 保存多個(gè)寄存器 {Rd}*N→mem32[start address+4*N] LDM指令將數(shù)據(jù)從連續(xù)的內(nèi)存單元中讀取到指令中指定的寄存器列表中的各寄存器中。它的主要用途是在多處理器系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)信號(hào)量（ Semaphores）的操作，以保證不會(huì)同時(shí)訪問(wèn)公用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 （ 1）指令的語(yǔ)法格式 SMLAL{cond}{S} RdLo,RdHi,Rm,Rs （ 2）指令舉例 6． SMLAL指令 Load/Store內(nèi)存訪問(wèn)指令在 ARM寄存器和存儲(chǔ)器之間傳送數(shù)據(jù)。 （ 1）指令的語(yǔ)法格式 MLA{cond}{S} Rd,Rm,Rs,Rn （ 2）指令舉例 2． MLA乘 — 累加指令 UMULL（ Unsigned Multiply Long）為 64位無(wú)符號(hào)乘法指令。 （ 1）指令的語(yǔ)法格式 CMN{cond} Rn,shifter_operand （ 2） CMN指令舉例 14． CMN指令 ORR（ Logical OR）為邏輯或操作指令，它將第 2個(gè)源操作數(shù) shifter_operand的值與寄存器 Rn的值按位做“邏輯或”操作，結(jié)果保存到 Rd中。 9． SBC指令 RSC（ Reverse Subtract with Carry）指令用于從寄存器 shifter_operand中減去 Rn表示的數(shù)值，再減去寄存器 CPSR中 C條件標(biāo)志位的反碼［ NOT（ Carry Flag）］，并將結(jié)果保存到目標(biāo)寄存器 Rd中，并根據(jù)指令的執(zhí)行結(jié)果設(shè)置 CPSR中相應(yīng)的標(biāo)志位。 2． MVN指令 （ 1）指令的語(yǔ)法格式 MVN{cond}{S} Rd,shifter_operand （ 2）指令舉例 （ 3）指令的使用 AND指令將 shifter_operand表示的數(shù)值與寄存器 Rn的值按位（ bitwise）做邏輯與操作，并將結(jié)果保存到目標(biāo)寄存器 Rd中，同時(shí)根據(jù)操作的結(jié)果更新 CPSR寄存器。 數(shù)據(jù)操作指令 表 212 數(shù)據(jù)處理指令列表 助 記 符 操 作 行 為 MOV 數(shù)據(jù)傳送 MVN 數(shù)據(jù)取反傳送 AND 邏輯與 Rd： =Rn AND op2 EOR 邏輯異或 Rd： =Rn EOR op2 SUB 減 Rd： =Rn ? op2 RSB 翻轉(zhuǎn)減 Rd： =op2 ? Rn ADD 加 Rd： =Rn + op2 ADC 帶進(jìn)位的加 Rd： =Rn + op2 + C SBC 帶進(jìn)位的減 Rd： =Rn? op2 + C ? 1 RSC 帶進(jìn)位的翻轉(zhuǎn)減 Rd： =op2 ? Rn + C ? 1 TST 測(cè)試 Rn AND op2并更新標(biāo)志位 TEQ 測(cè)試相等 Rn EOR op2并更新標(biāo)志位 CMP 比較 Rn?op2并更新標(biāo)志位 CMN 負(fù)數(shù)比較 Rn+op2并更新標(biāo)志位 ORR 邏輯或 Rd： =Rn OR op2 BIC 位清 0 Rd： =Rn AND NOT（ op2） MOV指令是最簡(jiǎn)單的 ARM指令，執(zhí)行的結(jié)果就是把一個(gè)數(shù) N送到目標(biāo)寄存器 Rd，其中 N可以是寄存器，也可以是立即數(shù)。 （ 4）遞增棧：堆棧向內(nèi)存地址增加的方向生長(zhǎng)。 offset_8 立即數(shù)后索引尋址 （ Immediate postindeded） 6 [Rn]，177。 Rm]! 寄存器前索引尋址 （ Register postindexed） 6 [Rn， Rm， shift offset_12]! 帶移位的寄存器前索引尋址 （ Scaled register preindexed） 格 式 模 式 7 [Rn]， 177。 1．立即數(shù)尋址方式 寄存器的值可以被直接用于數(shù)據(jù)操作指令 ，這種尋址方式是各類處理器經(jīng)常采用的一種方式，也是一種執(zhí)行效率較高的尋址方式， 2．寄存器尋址方式 寄存器的值在被送到 ALU之前，可以事先經(jīng)過(guò)桶形移位寄存器的處理。 （ 1） MOVS PC， LR （ 2） SUBS PC， LR，＃ 4 （ 3） LDMFD SP!， {PC}^ 1．恢復(fù)被中斷程序的處理器狀態(tài) 異常返回時(shí)，另一個(gè)非常重要的問(wèn)題就是返回地址的確定。 （ 1）發(fā)生異常的指令地址為 (lr?2)，而不是 (lr?4)。當(dāng)數(shù)據(jù)訪問(wèn)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(wèn)時(shí)，處理器產(chǎn)生數(shù)據(jù)訪問(wèn)中止異常。 1．復(fù)位異常 圖 26 異常處理向量表 當(dāng) ARM處理器執(zhí)行協(xié)處理器指令時(shí)，它必須等待一個(gè)外部協(xié)處理器應(yīng)答后，才能真正執(zhí)行這條指令。 Cache經(jīng)常與寫(xiě)緩存器（ write buffer）一起使用。較高級(jí)的操作系統(tǒng)采用基于硬件的存儲(chǔ)管理單元（ MMU）來(lái)實(shí)現(xiàn)上述操作。 （ 4）板卡級(jí)的 DRAM。 大多數(shù)的系統(tǒng)通過(guò)下面的方法之一可實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜存儲(chǔ)系統(tǒng)的管理。如果指令是Load或 Store指令，則在 ALU中計(jì)算存儲(chǔ)器的地址。 （ 2）譯碼（ decode）：識(shí)別被執(zhí)行的指令，并為下一個(gè)周期準(zhǔn)備數(shù)據(jù)通路的控制信號(hào)。另外，如果在特權(quán)模式下，也可以通過(guò)軟件編程來(lái)修改這些位的值。 （ 2）當(dāng)異常中斷發(fā)生時(shí)，該異常模式特定的物理寄存器 R14被設(shè)置成該異常模式的返回地址，對(duì)于有些模式 R14的值可能與返回地址有一個(gè)常數(shù)的偏移量（如數(shù)據(jù)異常使用 SUB PC， LR， 8返回）。 未分組寄存器包括 R0～ R7。在特權(quán)模式下，程序可以訪問(wèn)所有的系統(tǒng)資源，也可以任意地進(jìn)行處理器模式切換。嵌入式系統(tǒng)技術(shù)與設(shè)計(jì) 第 2章 ARM體系結(jié)構(gòu)與指令集 ARM體系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) ARM處理器工作模式 寄存器組織 流 水 線 ARM存儲(chǔ)系統(tǒng) 異 常 ARM處理器的尋址方式 ARM處理器的指令集 本章將要介紹 ARM體系結(jié)構(gòu)、 ARM處理器的工作模式及常用指令集等。其中以下 5種又稱為異常模式： （ 1）快速中斷模式（ FIQ）； （ 2）外部中斷模式（ IRQ）； （ 3）特權(quán)模式（ Supervior）； （ 4）數(shù)據(jù)訪問(wèn)中止模式（ Abort）； （ 5）未定義指令中止模式（ Undef）。 未分組寄存器沒(méi)有被系統(tǒng)用于特殊的用途，任何可采用通用寄存器的應(yīng)用場(chǎng)合都可以使用未分組寄存器。 R14也可以被用做通用寄存器使用。 （ 1）中斷禁止位 （ 2）狀態(tài)控制位 （ 3）模式控制位 3．控制位 表 23 狀態(tài)控制位 M[4∶ 0]含義 M[4∶ 0] 處理器 模式 可以訪問(wèn)的寄存器 0b10000 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 Undefined PC， R14_und～ R13_und， R12～ R0， CPSR， SPSR_und 0b11111 System PC， R14～ R0， CPSR（ ARM v4及更高版本） 程序計(jì)數(shù)器 程序計(jì)數(shù)器 R15又被記為 PC。在這一級(jí)，指令占有譯碼邏輯，不占用數(shù)據(jù)通路。 （ 4）緩沖 /數(shù)據(jù)（ buffer/data）：如果需要?jiǎng)t訪問(wèn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，否則 ALU只是簡(jiǎn)單地緩沖 1個(gè)時(shí)鐘周期。 （ 1）使用 Cache，縮小處理器和存儲(chǔ)系統(tǒng)速度差別，從而提高系統(tǒng)的整體性能。 （ 5）外設(shè)級(jí)的后援存儲(chǔ)器，通常是硬盤(pán)，可能從幾百 MB到幾個(gè) GB，訪問(wèn)時(shí)間為幾十 ms。 MMU提供的一個(gè)關(guān)鍵服務(wù)是使各個(gè)任務(wù)作為各自獨(dú)立的程序在其自己的私有存儲(chǔ)空間中運(yùn)行。 通過(guò)引入 Cache和寫(xiě)緩存區(qū)，存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能得到了很大的提高，但同時(shí)也帶來(lái)了一些問(wèn)題。若協(xié)處理器沒(méi)有響應(yīng)，則發(fā)生未定義指令異常。 5．?dāng)?shù)據(jù)訪問(wèn)中止異常 當(dāng)處理器的外部中斷請(qǐng)求（ IRQ）引腳有效，而且 CPSR寄存器的 I控制位被清除時(shí)，處理器產(chǎn)生外部中斷 IRQ異常。 （ 2） Thumb狀態(tài)下的指令是 16位的，在判斷中斷向量信號(hào)時(shí)使用半字加載指令