【正文】 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) 此時處理器執(zhí)行 32位的字對齊的 ARM指令 ?Thumb狀態(tài) 此時處理器執(zhí)行 16位的、半字對齊的 Thumb指令 ARM處理器的工作狀態(tài) ARM與 THUMB ?THUMB指令是 ARM指令的子集 ?可以相互調(diào)用，只要遵循一定的調(diào)用規(guī)則 ?Thumb指令與 ARM指令的時間效率和空間效率關(guān)系為 : ? 存儲空間約為 ARM代碼的 60％～ 70％ ? 指令數(shù)比 ARM代碼多約 30％～ 40％ ? 存儲器為 32位時 ARM代碼比 Thumb代碼快約 40％ ? 存儲器為 16位時 Thumb比 ARM代碼快約 40～ 50％ ? 使用 Thumb代碼，存儲器的功耗會降低約 30％ ARM處理器的工作狀態(tài) ARM處理器的工作狀態(tài) Thumb指令集具有靈活、小巧的特點 ARM指令集支持ARM核所有的特性，具有高效、快速的特點 狀態(tài)切換方法 ? 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， ? 在開始執(zhí)行代碼時，應(yīng)該處于 ARM狀態(tài)。 切換到 Thumb狀態(tài) ? 當(dāng)操作數(shù)寄存器的狀態(tài)位（位 0）為 1時，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)。 ARM處理器的工作狀態(tài) 。 ? 在處理器進行異常處理時，把 PC指針放入異常模式鏈接寄存器中，并從異常向量地址開始執(zhí)行程序，也可以使處理器切換到 ARM狀態(tài)。從 Thumb狀態(tài)切換到 ARM狀態(tài) LDR R0,=Lable BX R0 地址最低位為0，表示切換到 ARM狀態(tài) 跳轉(zhuǎn)地址標號 ARM體系結(jié)構(gòu)直接支持的數(shù)據(jù)類型 ?字節(jié) 8位 ?半字 16位（必須分配為占用兩個字節(jié)） ?字 32位（必須分配為占用 4個字節(jié)） 1 1 1 2 3 4 2 ARM直接支持的數(shù)據(jù)類型 ARM微處理器的存儲器格式 ? ARM體系結(jié)構(gòu)所支持的最大尋址空間為 4GB（ 232字節(jié)） ? ARM體系結(jié)構(gòu)將存儲器看作是從 0地址開始的字節(jié)的線性組合。 ? ARM體系結(jié)構(gòu)可以用兩種方法存儲字數(shù)據(jù)，稱之為大端格式和小端格式。如鍵盤輸入的信息以及打印機、顯示器輸出的信息等 時間上連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量等 只有兩個狀態(tài)的量，如閥門的合與斷、電路的開與關(guān)等 CPU與I/O設(shè)備之間的接口信息 反映外設(shè)當(dāng)前工作狀態(tài)的信息 READY信號：輸入設(shè)備是否準備好 BUSY信號：輸出設(shè)備是否忙 …… CPU向外部設(shè)備發(fā)送的控制命令信息 ?讀寫控制信號 ?時序控制信號 ?中斷信號 ?片選信號 ?其它操作信號 ARM處理器的 I/O編址方式 I/O端口的編址方式 I/O端口的編址方法，即 I/O端口的地址安排方式 存儲器映射編址 I/O映射編址 I/O端口的地址與內(nèi)存地址統(tǒng)一編址，即 I/O單元與內(nèi)存單元在同一地址空間 I/O端口與內(nèi)存單元分開編址，即 I/O單元與內(nèi)存單元都有自己獨立的地址空間 ARM處理器的 I/O編址方式 存儲器映射編址 I/O映射方式 優(yōu)點 ?可采用豐富的內(nèi)存操作指令訪問 I/O單元 ?無需單獨的 I/O地址譯碼電路 ?無需專用的 I/O指令 ?I/O單元不占用內(nèi)存空間 ?I/O程序易讀 缺點 ?外設(shè)占用內(nèi)存空間 ?I/O程序不易讀 I/O操作指令僅有單一的傳送指令 ,I/O接口需有地址譯碼電路 舉例 ARM中， I/O端口與內(nèi)存單元統(tǒng)一編址 Intel 80X86系列， I/O端口與內(nèi)存單元分開編址，I/O端口有自己獨立的地址空間，其大小為 64KB ARM處理器的 I/O編址方式 ARM微處理器 I/O編址方式 ? ARM 的 I/O端口都是 內(nèi)存映射 的方式 ，即對 I/O端口的訪問與內(nèi)存的訪問的方式完全一樣 。 ARM處理器的 I/O編址方式 七中處理器工作模式 ARM處理器的工作模式 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)時進入此模式 中斷 (irq) 用于通用中斷處理 IRQ異常響應(yīng)時進入此模式 管理 (svc) 操作系統(tǒng)保護模式 系統(tǒng)復(fù)位和軟件中斷響應(yīng)時進入此模式 中止 (abt) 用于支持虛擬內(nèi)存和 /或存儲器保護 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)時進入此模式 ARM微處理器： CPU模式 User模式 程序不能訪問有些受保護的資源 只能通過異常的形式來改變 CPU的當(dāng)前運行模式 特權(quán)模式可以存取系統(tǒng)中的任何資源 System模式 與 User模式的運行環(huán)境一樣 但是它可以不受任何限制的訪問任何資源 該模式主要用于運行系統(tǒng)中的一些 特權(quán)任務(wù) FIQ模式 IRQ模式 Supervisor模式 Abort模式 Undefined模式 異常模式： 主要是在 外部中斷 或者程序執(zhí)行 非法操作 時會觸發(fā) ARM處理器的工作模式 用戶模式和特權(quán)模式 ? 除了用戶模式之外的其他 6種處理器模式稱為特權(quán)模式 ? 特權(quán)模式下，程序可以訪問所有的系統(tǒng)資源，也可以任意地進行處理器模式的切換。 ? 用戶模式下，當(dāng)需要進行處理器模式切換時，應(yīng)用程序可以產(chǎn)生異常處理，在異常處理中進行處理器模式的切換。 ARM內(nèi)部寄存器和一些片內(nèi)外設(shè)在硬件設(shè)計上只允許（或者可選為只允許）特權(quán)模式下訪問。 未定義 (und) 中止 (abt) 管理 (svc) 中斷 (irq) 快中斷 (fiq) 系統(tǒng) (sys) ARM處理器的工作模式 ? 異常模式 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)時進入此模式 中斷 (irq) 用于通用中斷處理 IRQ異常響應(yīng)時進入此模式 管理 (svc) 操作系統(tǒng)保護代碼 系統(tǒng)復(fù)位和軟件中斷響應(yīng)時進入此模式 中止 (abt) 用于支持虛擬內(nèi)存和 /或存儲器保護 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)時進入此模式 未定義 中止 (abt) 管理 (svc) 中斷 (irq) 快中斷 (fiq) 這五種模式稱為 異常模式 。當(dāng)特定的異常出現(xiàn)時，處理器進入相應(yīng)的模式。 ARM處理器的工作模式 ? 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)時進入此模式 中斷 (irq) 用于通用中斷處理 IRQ異常響應(yīng)時進入此模式 管理 (svc) 操作系統(tǒng)保護代碼 系統(tǒng)復(fù)位和軟件中斷響應(yīng)時進入此模式 中止 (abt) 用于支持虛擬內(nèi)存和 /或存儲器保護 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)時進入此模式 這兩種模式都不能由異常進入，而且它們使用完全相同的寄存器組。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)可以使用這個模式訪問一些受控的資源。但是這些寄存器不能被同時訪問，具體哪些寄存器是可編程訪問的，取決微處理器的工作狀態(tài)及具體的運行模式。 ARM處理器的寄存器組織 ARM狀態(tài)下的寄存器組織 ?未分組寄存器 R0～ R7 ?分組寄存器 R8～ R14 ?程序計數(shù)器 PC(R15) ARM處理器的寄存器組織 ?當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器 CPSR(R16) 未分組寄存器 R0～ R7 ?在所有的運行模式下，未分組寄存器都指向同一個物理寄存器，他們未被系統(tǒng)用作特殊的用途，因此，在中斷或異常處理進行運行模式轉(zhuǎn)換時，由于不同的處理器運行模式均使用相同的物理寄存器，可能會造成寄存器中數(shù)據(jù)的破壞，這一點在進行程序設(shè)計時應(yīng)引起注意。 ARM處理器的寄存器組織 分組寄存器 R13～ R14 ? R1 R14：每個寄存器對應(yīng) 6個不同的物理寄存器 ? 其中的一個是用戶模式與系統(tǒng)模式共用，另外 5個物理寄存器對應(yīng)于其他 5種不同的運行模式 ? 采用以下的記號來區(qū)分不同的物理寄存器： ? R13_mode ? R14_mode ? mode為以下幾種之一： usr、 fiq、 irq、 svc、 abt、 und。 ? 在 Thumb指令集中，某些指令強制性的要求使用 R13作為堆棧指針。 ARM處理器的寄存器組織 子程序連接寄存器 — R14 ? R14也稱作子程序連接寄存器或連接寄存器 LR。其他情況下， R14用作通用寄存器。 ARM處理器的寄存器組織 程序計數(shù)器 PC(R15) ? ARM狀態(tài)下，位 [1:0]為 0，位 [31:2]用于保存 PC； ? Thumb狀態(tài)下，位 [0]為 0，位 [31:1]用于保存 PC； ? R15雖然也可用作通用寄存器，但一般不這么使用，因為對 R15的使用有一些特殊的限制，當(dāng)違反了這些限制時，程序的執(zhí)行結(jié)果是未知的。 ARM處理器的寄存器組織 程序狀態(tài)寄存器 (CPSR/SPSR) ? 每一種運行模式下又都有一個專用的物理狀態(tài)寄存器，稱為 SPSR（備份的程序狀態(tài)寄存器），異常發(fā)生時， SPSR用于保存 CPSR的值，從異常退出時則可由 SPSR來恢復(fù)CPSR。 ARM處理器的寄存器組織 ? 寄存器 R16用作 CPSR(當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器 )， CPSR可在任何運行模式下被訪問，它包括條件標志位、中斷禁止位、當(dāng)前處理器模式標志位，以及其他一些相關(guān)的控制和狀態(tài)位。 寄存器類別 寄存器在匯編中的名稱 各模式下實際訪問的寄存器 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 無 5 用戶無系統(tǒng)SPSR_abt s c s c 管理SPSR_abt abt t 中止SPSR_und 未定義SPSR_irq irq irq 中斷SPSR_fiq fi fi fi fi fi fi fi 快中斷ARM狀態(tài)各模式下可以訪問的寄存器 寄存器類別 寄存器在匯編中的名稱 各模式下實際訪問的寄存器 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數(shù)器 R0(a1) R0 R1(a2) R1 R2(a3) R2 R3(a4) R3 R4(v