【正文】 種模式，是一種供操作系統(tǒng)使用的保護(hù)模式 數(shù)據(jù)訪問中止模式（ Abort） abt 當(dāng)存取異常時(shí)將會進(jìn)入這種模式，用于虛擬存儲或存儲保護(hù) 未定義指令中止模式（ Undef） und 當(dāng)執(zhí)行未定義指令時(shí)進(jìn)入這種模式，有時(shí)用于通過軟件仿真協(xié)處理器硬件的工作方式 系統(tǒng)模式（ System） sys 使用和 User模式相同寄存器集的模式，用于運(yùn)行特權(quán)級操作系統(tǒng)任務(wù) 除用戶模式外的其他 6種處理器模式稱為特權(quán)模式（ Privileged Modes）。通過本章的學(xué)習(xí)，希望讀者能夠了解 ARM處理器內(nèi)部的主要工作單元、基本工作原理，掌握常用指令集，并為以后的程序設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。 寄存器組織 ARM處理器有如下 37個 32位長的寄存器： （ 1） 30個通用寄存器； （ 2） 6個狀態(tài)寄存器： 1個 CPSR（ Current Program Status Register，當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器）， 5個 SPSR（ Saved Program Status Register，備份程序狀態(tài)寄存器）； （ 3） 1個 PC（ Program Counter，程序計(jì)數(shù)器）。 1．未分組寄存器 對于分組寄存器 R13和 R14來說，每個寄存器對應(yīng) 6個不同的物理寄存器。 狀態(tài)寄存器 當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器（ Current Program Status Register， CPSR）可以在任何處理器模式下被訪問，它包含下列內(nèi)容： （ 1） ALU（ Arithmetic Logic Unit，算術(shù)邏輯單元）狀態(tài)標(biāo)志的備份； （ 2）當(dāng)前的處理器模式； （ 3）中斷使能標(biāo)志； （ 4）設(shè)置處理器的狀態(tài)（只在 4T架構(gòu)）。 程序計(jì)數(shù)器在下面兩種情況下用于特殊的目的。 （ 3）執(zhí)行（ excute）：處理指令并將結(jié)果寫回寄存器。 （ 5）回寫（ writeback）：將指令的結(jié)果回寫到寄存器堆，包括任何從寄存器讀出的數(shù)據(jù)。 （ 2）使用內(nèi)存映射技術(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬空間到物理空間的映射。 協(xié)處理器（ CP15） ARM處理器支持 16個協(xié)處理器。在帶 MMU的操作系統(tǒng)控制下，運(yùn)行的任務(wù)無須知道其他與之無關(guān)的任務(wù)的存儲需求情況，這就簡化了各個任務(wù)的設(shè)計(jì)。 異 常 ARM體系結(jié)構(gòu)中，存在 7種異常處理。 2．未定義指令異常 軟中斷（ SWI）異常發(fā)生時(shí)，處理器進(jìn)入特權(quán)模式，執(zhí)行一些特權(quán)模式下的操作系統(tǒng)功能。系統(tǒng)中各外部設(shè)備通常通過該異常中斷請求處理器服務(wù)。 前面介紹向量表時(shí)提到，每一個異常發(fā)生時(shí)總是從異常向量表開始跳轉(zhuǎn)。根據(jù)使用的指令類型不同，指令的尋址方式分為數(shù)據(jù)處理指令尋址方式和內(nèi)存訪問指令尋址方式。 3．寄存器移位尋址方式 內(nèi)存訪問指令尋址方式 內(nèi)存訪問指令的尋址方式可以分為以下幾種。 Rm 寄存器后索引尋址 （ Register postindexed） 9 [Rn]，177。 該類指令的語法格式如下： LDM|STM{cond}addressing_mode Rn{!},registers^ 3．批量 Load/Store指令尋址方式 表 210 批量 Load/Store指令的尋址方式 格 式 模 式 1 IA（ Increment After） 后遞增方式 2 IB（ Increment Before） 先遞增方式 3 DA（ Decrement After） 后遞減方式 4 DB（ Decrement Before） 先遞減方式 堆棧操作尋址方式和批量 Load/Store指令尋址方式十分類似。 （ 1）滿遞減 FD（ Full Descending）。 MOV指令將移位碼（ shifter_operand）表示的數(shù)據(jù)傳送到目的寄存器 Rd，并根據(jù)操作的結(jié)果更新 CPSR中相應(yīng)的條件標(biāo)志位。 （ 1）指令的語法格式 EOR{cond}{S} Rd,Rn,shifter_operand （ 2）指令舉例 4． EOR指令 SUB（ Subtract）指令從寄存器 Rn中減去 shifter_operand表示的數(shù)值，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。條件標(biāo)志位根據(jù)兩個操作數(shù)做“邏輯與”后的結(jié)果設(shè)置。 （ 1）指令的語法格式 BIC{cond}{S} Rd,Rn,shifter_operand （ 2） BIC指令舉例 16． BIC位清零指令 ARM乘法指令完成兩個數(shù)據(jù)的乘法。 （ 1）指令的語法格式 UMULL{cond}{S} RdLo,RdHi,Rm,Rs （ 2）指令舉例 3． UMULL指令 UMLAL（ Unsigned Multiply Accumulate Long）為 64位無符號長乘 — 累加指令。 Load/Store指令 這些指令在 ARM寄存器和存儲器之間提供更靈活的單數(shù)據(jù)項(xiàng)傳送方式。 （ 1）指令的語法格式 LDR{cond} Rd,addr_mode （ 2）指令舉例 1． LDR指令 STR指令用于將一個 32位的字?jǐn)?shù)據(jù)寫入到指令中指定的內(nèi)存單元。 指令的語法格式： LDM{cond}addressing_mode Rn{!}, registers 1． LDM指令 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。指令格式如下： LDM{cond}模式 Rn{!},regist{?} STM{cond}模式 Rn{!},regist{?} 數(shù)據(jù)傳送指令應(yīng)用 表 216 多寄存器的 Load/Store內(nèi)存訪問指令映射 向 上 生 長 向 下 生 長 滿 空 滿 空 增加 之前 STMIB LDMIB STMFA LDMED 之后 STMIA LDMIA STMEA LDMFD 增加 之前 LDMDB STMDB LDMEA STMFD 之后 LDMDA STMDA LDMFA STMED 交換指令是 Load/Store指令的一種特例，它把一個寄存器單元的內(nèi)容與寄存器內(nèi)容交換。 2． BX帶狀態(tài)切換的跳轉(zhuǎn)指令 BX （ 1）指令的語法格式 BX{cond} Rm （ 2）指令舉例 帶連接和狀態(tài)切換的跳轉(zhuǎn)指令（ Branch with Link Exchange， BLX）使用標(biāo)號，用于使程序跳轉(zhuǎn)到 Thumb狀態(tài)或從 Thumb狀態(tài)返回。 3．程序狀態(tài)寄存器指令的應(yīng)用 ARM體系結(jié)構(gòu)允許通過增加協(xié)處理器來擴(kuò)展指令集。當(dāng)系統(tǒng)中存在調(diào)試硬件時(shí)，該指令被忽略。 （ 3）協(xié)處理器寄存器傳送指令。 （ 1）指令的語法格式 MRS{cond} Rd， PSR （ 2）指令舉例 1． MRS 在 ARM處理器中，只有 MSR指令可以直接設(shè)置狀態(tài)寄存器 CPSR或 SPSR。 指令的語法格式： SWP{cond} Rd,Rm,[Rn] 1． SWP字交換指令 SWPB指令用于將內(nèi)存中的一個字節(jié)單元和一個指定寄存器的低 8位值相交換， 指令的語法格式： SWP{cond}B Rd,Rm,[Rn] 2． SWPB字節(jié)交換指令 SWP指令用于將一個內(nèi)存單元（該單元地址放在寄存器 Rn中）的內(nèi)容讀取到一個寄存器Rd中，同時(shí)將另一個寄存器 Rm的內(nèi)容寫到該內(nèi)存單元中，使用 SWP可實(shí)現(xiàn)信號量操作。主要用于塊數(shù)據(jù)的寫入、數(shù)據(jù)棧操作及進(jìn)入子程序時(shí)保存相關(guān)寄存器等操作。 如果指令的內(nèi)存地址不是半字節(jié)對齊的，指令的執(zhí)行結(jié)果不可預(yù)知。 2．多寄存器 Load/Store內(nèi)存訪問指令 這些指令允許寄存器和存儲器中的數(shù)值進(jìn)行交換，在一條指令中有效地完成 Load/Store操作。 （ 1）指令的語法格式 SMULL{cond}{S} RdLo,RdHi,Rm,Rs （ 2）指令舉例 5． SMULL指令 SMLAL（ Signed Multiply Accumulate Long）為 64位有符號長乘 — 累加指令。 乘法指令 表 213 各種形式乘法指令的功能 操作碼[23∶ 21] 助記符 意 義 操 作 000 MUL 乘（保留 32位結(jié)果） Rd： =（ Rm Rs） [31∶ 0] 001 MLA 乘 — 累加（ 32位結(jié)果） Rd： =（ Rm Rs＋ Rn） [31∶ 0] 100 UMULL 無符號數(shù)長乘 RdHi： RdLo： =Rm Rs 101 UMLAL 無符號長乘 — 累加 RdHi： RdLo：＋ =Rm Rs 110 SMULL 有符號數(shù)長乘 RdHi： RdLo： =Rm Rs 111 SMLAL 有符號數(shù)長乘 — 累加 RdHi： RdLo：＋ =Rm Rs MUL（ Multiply） 32位乘法指令將 Rm和 Rs中的值相乘，結(jié)果的最低 32位保存到 Rd中。 （ 1）指令的語法格式 TEQ{cond} Rn,shifter_operand （ 2） TEQ指令舉例 12． TEQ指令 CMP（ Compare）指令使用寄存器 Rn的值減去 operand2的值，根據(jù)操作的結(jié)果更新 CPSR中相應(yīng)的條件標(biāo)志位，以便后面的指令根據(jù)相應(yīng)的條件標(biāo)志來判斷是否執(zhí)行。 （ 1）指令的語法格式 ADC{cond}{S} Rd,Rn,shifter_operand （ 2） ADC指令舉例 8． ADC指令 SBC（ Subtract with Carry）指令用于執(zhí)行操作數(shù)大于 32位時(shí)的減法操作。 MVN指令將 shifter_operand表示的數(shù)據(jù)的反碼傳送到目的寄存器 Rd。 表 211 堆棧尋址方式和批量 Load/Store指令尋址方式對應(yīng)關(guān)系 批量數(shù)據(jù)尋址方式 堆棧尋址方式 L位 P位 U位 LDMDA LDMFA 1 0 0 LDMIA LDMFD 1 0 1 LDMDB LDMEA 1 1 0 LDMIB LDMED 1 1 1 STMDA STMED 0 0 0 STMIA STMEA 0 0 1 STMDB STMFD 0 1 0 STMIB STMFA 0 1 1