【正文】 Thumb狀態(tài)寄存器在 Arm狀態(tài)寄存器上的映射 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 R11 R12 R0 堆棧指針 (R13) 連接寄存器 (R14) 程序計(jì)數(shù)器 (R15) 低寄存器 高寄存器 ? 在 Thumb狀態(tài)中訪(fǎng)問(wèn)高寄存器 在 Thumb狀態(tài)中，高寄存器（ R8～ R15）不是標(biāo)準(zhǔn)寄存器集的一部分。匯編語(yǔ)言程序員對(duì)它們的訪(fǎng)問(wèn)受到限制，但可以將它們用于快速暫存。 可以使用 MOV、 CMP和 ADD指令對(duì)高寄存器操作。 寄存器組織 ?程序狀態(tài)寄存器 — CPSR(1)+SPSR(5) 寄存器組織 CPSR反映了當(dāng)前處理器的狀態(tài)： ?４個(gè)條件代碼標(biāo)志； ?2個(gè)中斷控制位； ? 5個(gè)對(duì)當(dāng)前處理器模式進(jìn)行編碼的位； ?1個(gè)指示當(dāng)前執(zhí)行指令的工作狀態(tài)位； ?保留位 。 SPSR： 備份程序狀態(tài)字，保存異常事件發(fā) 生之前的 CPSR． 每個(gè)異常模式帶有一個(gè)備份程序狀態(tài)寄存器 ， 用于保存在異常事件發(fā)生之前的 CPSR；CPSR和 SPSR通過(guò)特殊指令進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn) 。 程序狀態(tài)寄存器 N Z C V — — I M0 M1 M2 M3 M4 T F — . . . 31 30 29 28 27 26 8 7 6 5 4 3 2 1 0 條件代碼標(biāo)志 保留 控制位 溢出標(biāo)志 進(jìn)位或借位擴(kuò)展 零 負(fù)或小于 IRQ禁止 FIQ禁止 狀態(tài)位 模式位 CPSR寄存器的格式 大多數(shù) “ 數(shù)值處理指令 ” 可以選擇是否影響條件代碼標(biāo)志位（指令帶 S后綴）；但有些指令執(zhí)行總是影響條件代碼標(biāo)志。 所有 ARM指令都可按條件來(lái)執(zhí)行，而 Thumb指令中只有分支指令可按條件執(zhí)行。 運(yùn)算結(jié)果的最高位反映在該標(biāo)志位 。 對(duì)于有符號(hào)二進(jìn)制補(bǔ)碼 ，結(jié)果為負(fù)數(shù)時(shí) N=1， 結(jié)果為正數(shù)或零時(shí) N=0； 指令結(jié)果為 0時(shí) Z=1（表示比較結(jié)果 “ 相等 ” ），否則 Z=0； 當(dāng)進(jìn)行加法運(yùn)算 ， 并且最高位產(chǎn)生進(jìn)位時(shí) C=1， 否則 C=0。 當(dāng)進(jìn)行減法運(yùn)算 ， 并且最高位產(chǎn)生借位時(shí) C=0， 否則 C=1。 對(duì)于移位操作指令 ， C為從最高位最后移出的值 ， 其它指令 C通常不變； 當(dāng)進(jìn)行加法 /減法運(yùn)算，并且發(fā)生有符號(hào)溢出時(shí)V=1，否則 V=0，其它指令 V通常不變。 最低 8位為控制位，當(dāng)發(fā)生異常時(shí)，這些位被硬件改變。當(dāng)處理器處于一個(gè)特權(quán)模式時(shí)，可用軟件操作這些位。 保留位被保留將來(lái)使用。為了提高程序的可移植性，當(dāng)改變 CPSR標(biāo)志和控制位時(shí)，請(qǐng)不要改變這些保留位。另外，請(qǐng)確保您程序的運(yùn)行不受保留位的值影響，因?yàn)閷?lái)的處理器可能會(huì)將這些位設(shè)置為 1或者 0。 CPSR模式位設(shè)置表 M[4:0] 模式 M[4:0] 模式 10000 用戶(hù) 10111 中止 10001 快中斷 11011 未定義 10010 中斷 11111 系統(tǒng) 10011 管理 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(wú)法恢復(fù)的錯(cuò)誤 。 第二章 目錄 ※ 1 ARM微處理器概述 ● ARM處理器系列 ● RISC體系結(jié)構(gòu) ● ARM和 Thumb狀態(tài) ● 寄存器 ● ARM指令集概述 ● Thumb指令集概述 ※ 2 ARM微處理器體系結(jié)構(gòu) ● 數(shù)據(jù)類(lèi)型 ● ARM微處理器的工作狀態(tài) ● ARM體系結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器格式 ● 處理器模式 ● 寄存器組織 ● 異常 ※ 3 ARM/Thumb指令系統(tǒng) ● 處理器尋址方式 ● 指令集介紹 ● 指令集介紹 ? 簡(jiǎn)介 只要正常的程序流被暫時(shí)中止 ， 處理器就進(jìn)入異常模式 。 例如響應(yīng)一個(gè)來(lái)自外設(shè)的中斷 。 在處理異常之前 ， ARM7TDMI內(nèi)核保存當(dāng)前的處理器狀態(tài) ， 這樣當(dāng)處理程序結(jié)束時(shí)可以恢復(fù)執(zhí)行原來(lái)的程序 。 如果同時(shí)發(fā)生兩個(gè)或更多異常，那么將按照固定的順序來(lái)處理異常，詳見(jiàn) “ 異常優(yōu)先級(jí) ” 部分。 異常 異常處理器模式 異常類(lèi)型 模式 正常地址 復(fù)位 管理 0x00000000 未定義指令 未定義 0x00000004 軟件中斷 （ SWI） 管理 0x00000008 預(yù)取中止 （取指令存儲(chǔ)器中止） 中止 0x0000000C 數(shù)據(jù)中止 （數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器中止） 中止 0x00000010 IRQ（中斷） IRQ 0x00000018 FIQ（快速中斷） FIQ 0x0000001C ? 異常的入口和出口處理 如果異常處理程序已經(jīng)把返回地址拷貝到堆棧 ，那么可以使用一條多寄存器傳送指令來(lái)恢復(fù)用戶(hù)寄存器并實(shí)現(xiàn)返回 。 SUB LR,LR,4 。計(jì)算返回地址 STMFD SP!,{R0R3,LR} 。保存使用到的寄存器 . . . LDMFD SP!,{R0R3,PC}^ 。中斷返回 中斷處理代碼的開(kāi)始部分和退出部分 異常 如果異常處理程序已經(jīng)把返回地址拷貝到堆棧 ，那么可以使用一條多寄存器傳送指令來(lái)恢復(fù)用戶(hù)寄存器并實(shí)現(xiàn)返回 。 中斷處理代碼的開(kāi)始部分和退出部分 ? 異常的入口和出口處理 SUB LR,LR,4 。計(jì)算返回地址 STMFD SP!,{R0R3,LR} 。保存使用到的寄存器 . . . LDMFD SP!,{R0R3,PC}^ 。中斷返回 注意 ：中斷返回指令的寄存器列表 （ 其中必須包括PC） 后的 “ ^”符號(hào)表示這是一條特殊形式的指令 。這條指令在從存儲(chǔ)器中裝載 PC的同時(shí) （ PC是最后恢復(fù)的 ） ， CPSR也得到恢復(fù) 。 這里使用的堆棧指針SP（ R13） 是屬于異常模式的寄存器 ， 每個(gè)異常模式有自己的堆棧指針 。 這個(gè)堆棧指針應(yīng)必須在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)初始化 。 異常 ? 進(jìn)入異常 在異常發(fā)生后 ， ARM7TDMI內(nèi)核會(huì)作以下工作： LR中保存下一條指令的地址 ， 當(dāng)異常入口來(lái)自： ?ARM狀態(tài) ， 那么 ARM7TDMI將當(dāng)前指令地址加 4或加 8復(fù)制 （ 取決于異常的類(lèi)型 ） 到 LR中； ?為 Thumb狀態(tài) ， 那么 ARM7TDMI將當(dāng)前指令地址加 4或加 8 （ 取決于異常的類(lèi)型 ） 復(fù)制到 LR中；異常處理器程序不必確定狀態(tài) 。 異常 ? 進(jìn)入異常 在異常發(fā)生后 ， ARM7TDMI內(nèi)核會(huì)作以下工作： CPSR復(fù)制到適當(dāng)?shù)?SPSR中； 3. 將 CPSR模式位強(qiáng)制設(shè)置為與異常類(lèi)型相對(duì)應(yīng)的值； PC從相關(guān)的異常向量處取指 。 異常 ARM7TDMI內(nèi)核在中斷異常時(shí)置位中斷禁止標(biāo)志，這樣可以防止不受控制的異常嵌套。 注 ：異?？偸窃?ARM狀態(tài)中進(jìn)行處理。當(dāng)處理器處于 Thumb狀態(tài)時(shí)發(fā)生了異常，在異常向量地址裝入PC時(shí)，會(huì)自動(dòng)切換到 ARM狀態(tài)。 ? 進(jìn)入異常 異常 當(dāng)異常結(jié)束時(shí)，異常處理程序必須： LR中的值減去偏移量后存入 PC，偏移量根據(jù)異常的類(lèi)型而有所不同； SPSR的值復(fù)制回 CPSR； 。 注 ：恢復(fù) CPSR的動(dòng)作會(huì)將 T、 F和 I位自動(dòng)恢復(fù)為異常發(fā)生前的值。 ? 退出異常 異常 程序 A IRQ服務(wù)程序 系統(tǒng)模式 IRQ模式 程序 寄存器組 圖示進(jìn)入異常過(guò)程 1. 程序在系統(tǒng)模式下運(yùn)行用戶(hù)程序，假定當(dāng)前處理器狀態(tài)為 Thumb狀態(tài)、允許 IRQ中斷； 2. 用戶(hù)程序運(yùn)行時(shí)發(fā)生IRQ中斷，硬件完成以下動(dòng)作： LR_sys SPSR_irq LR_irq LR PC CPSR SPSR SYS 1 ? 0 . . . ? ? ? ? MOD T F I . . . N Z C V ?置位 I位（禁止 IRQ中斷） ?清零 T位（進(jìn)入 ARM狀態(tài)） ?設(shè)置 MOD位，切換處理器模式至 IRQ模式 ?將下一條指令的地址存入IRQ模式的 LR寄存器 ?將 CPSR寄存器內(nèi)容存入IRQ模式的 SPSR寄存器 ?將跳轉(zhuǎn)地址存入 PC，實(shí)現(xiàn)跳轉(zhuǎn) IRQ01BackAddr JumpAddr SYS 1 ? 0 . . . ? ? ? ? “?”表示對(duì)該位不關(guān)心 在異常處理結(jié)束后，異常處理程序完成以下動(dòng)作： 程序 A IRQ服務(wù)程序 系統(tǒng)模式 IRQ模式 程序 寄存器組 圖示退出異常過(guò)程 LR_sys SPSR_irq LR_irq LR PC CPSR SPSR SYS 1 ? 0 . . . ? ? ? ? MOD T F I . . . N Z C V ?將 SPSR寄存器的值復(fù)制回CPSR寄存器； ?將 LR寄存的值減去一個(gè)常量后復(fù)制到 PC寄存器，跳轉(zhuǎn)到被中斷的用戶(hù)程序。 IRQ01BackAddr JumpAddr return SYS 1 ? 0 . . . ? ? ? ? BackAd r4 “?”表示對(duì)該位不關(guān)心 快速中斷請(qǐng)求 (FIQ)適用于對(duì)一個(gè)突發(fā)事件的快速響應(yīng)，這得益于在 ARM狀態(tài)中，快中斷模式有 8個(gè)專(zhuān)用的寄存器可用來(lái)滿(mǎn)足寄存器保護(hù)的需要（這可以加速上下文切換的速度）。 不管異常入口是來(lái)自 ARM狀態(tài)還是 Thumb狀態(tài)，F(xiàn)IQ處理程序都會(huì)通過(guò)執(zhí)行下面的指令從中斷返回： SUBS PC,R14_fiq,4 在一個(gè)特權(quán)模式中，可以通過(guò)置位 CPSR中的 F位來(lái)禁止 FIQ異常。 ? 快速中斷請(qǐng)求 異常 中斷請(qǐng)求（ IRQ）異常是一個(gè)由 nIRQ輸入端的低電平所產(chǎn)生的正常中斷（在具體的芯片中， nIRQ由片內(nèi)外設(shè)拉低， nIRQ是內(nèi)核的一個(gè)信號(hào)，對(duì)用戶(hù)不可見(jiàn)）。 IRQ的優(yōu)先級(jí)低于 FIQ。對(duì)于 FIQ序列它是被屏蔽的。任何時(shí)候在一個(gè)特權(quán)模式下，都可通過(guò)置位CPSR中的 I 位來(lái)禁止 IRQ。 不管異常入口是來(lái)自 ARM狀態(tài)還是 Thumb狀態(tài)，F(xiàn)IQ處理程序都會(huì)通過(guò)執(zhí)行下面的指令從中斷返回： SUBS PC,R14_fiq,4 ? 中斷請(qǐng)求 異常 中止發(fā)生在對(duì)存儲(chǔ)器的訪(fǎng)問(wèn)不能完成時(shí)，中止包含兩種類(lèi)型： ?預(yù)取中止 發(fā)生在指令預(yù)取過(guò)程中 ?數(shù)據(jù)中止 發(fā)生在對(duì)數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)時(shí) ? 中止 異常 當(dāng)發(fā)生預(yù)取中止時(shí)， ARM7TDMI內(nèi)核將預(yù)取的指令標(biāo)記為無(wú)效，但在指令到達(dá)流水線(xiàn)的執(zhí)行階段時(shí)才進(jìn)入異常。如果指令在流水線(xiàn)中因?yàn)榘l(fā)生分支而沒(méi)有被執(zhí)行，中止將不會(huì)發(fā)生。 在處理中止的原因之后，不管處于哪種處理器操作狀態(tài)，處理程序都會(huì)執(zhí)行下面的指令恢復(fù) PC和CPSR并重試被中止的指令： SUBS PC,R14_abt,4 ? 中止 —— 預(yù)取指中止 異常 當(dāng)發(fā)生數(shù)據(jù)中止后，根據(jù)產(chǎn)生數(shù)據(jù)中止的指令類(lèi)型作出不同的處理： ? 中止 —— 數(shù)據(jù)中止 ?數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移指令（ LDR、 STR）回寫(xiě)到被修改的基址寄存器。中止處理程序必須注意這一點(diǎn)； ?交換指令（ SWP）中止好像沒(méi)有被執(zhí)行過(guò)一樣（中止必須發(fā)生在 SWP指令進(jìn)行讀訪(fǎng)問(wèn)時(shí)） ； 異常 ?塊數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移指令（ LDM,STM）完成。 當(dāng)回寫(xiě)被設(shè)置時(shí)，基址寄存器被更新。在指示出現(xiàn)中止后，ARM7TDMI內(nèi)核防止所有寄存器被覆蓋。這意味著 ARM7TDMI內(nèi)核總是會(huì)保護(hù)被中止的 LDM指令中的 R15（總是最后一個(gè)被轉(zhuǎn)移的寄存器）。 ? 中止 —— 數(shù)據(jù)中止 當(dāng)發(fā)生數(shù)據(jù)中止后，根據(jù)產(chǎn)生數(shù)據(jù)中止的指令類(lèi)型作出不同的處理： 異常 在修復(fù)產(chǎn)生中止的原因后，不管處于哪種處理器操作狀態(tài)，處理程序都必須執(zhí)行下面的返回指令 ： SUBS PC,R14_abt,8 ? 中止 —— 數(shù)據(jù)中止 異常 使用軟件中斷 (SWI)指令可以進(jìn)入管理模式，通常用于請(qǐng)求一個(gè)特定的管理函數(shù)。 SWI處理程序通過(guò)執(zhí)行下面的指令返回： MOVS PC,R14_svc 這個(gè)動(dòng)作恢復(fù)了 PC和 CPSR并返回到 SWI之后的指令 。