嵌入式开发第42天（ARM的体系结构）

一、ARM的工作状态

CPU执行的是汇编编译后的机器码。ARM处理器支持两套汇编指令，一套是ARM汇编指令，另外一套THUMB汇编指令。

ARM汇编 ----> 32bits（默认）

THUMB汇编 --->16bits    汇编指令相同的，使用的编译器不同。

 

1、ARM状态：（32bits的ARM状态）

当ARM处理器执行ARM汇编指令的时候，工作ARM状态。

2、Thumb状态：

当ARM处理执行THUMB汇编指令的时候，工作THUMB状态

 

Thumb-2状态：（ARM和THUMB混合）。

 

=========================================================

二、基本数据类型

1、字节  char ---->8bits

2、半字  short ---->16bits

3、字    int   ---->32bits

4、长字  long  ---->和CPU的字长是一致的：64bits或32bits

 

 

三、存储格式

1、大端格式--->大字节序-->大尾格式--->big endian

2、小端格式--->小字节序-->小尾格式--->littile endian（默认使用）

 

 

如何由可执行程序得到反汇编文件：

$ arm-linux-objdump -D main.elf > main.dis

 

 

一个反汇编的文件：

 

 

 

四、ARM的工作模式

ARM处理器在处理不同的内容的时候，处理器就会处于不同的工作模式。工作模式有7种。

不同的内容：

1、FIQ模式（fiq）：FIQ中断（fast Interrupt request）

2、IRQ模式（irq）：IRQ中断（Interrupt request）  ，FIQ和IRQ是中断的两种不同类型

3、管理模式（svc）：处理器的配置权限比较高的模式。配置cache、MMU，配置内核。当ARM处理器复位，处理器是处于管理模式。

4、用户模式（usr）：一般运行用户的应用程序

5、系统模式（sys）：运行操作系统的任务

6、未定义模式（und）：当处理器在运行指令的时候，发现有一个条指令不认识。处理器就会报错，就进入未定义模式。

7、中止模式：数据访问中止--->向一个地址下写数据，但是这个地址不存在或者这个地址是只读。 指令预取中止 --->当处理器从某个地址下读取指令的时候，这个地址不存在或者这个地址禁止访问。

 

 

 

五、ARM的流水线

ARM处理器将一条指令的执行过程分成了几个步骤，在不同的时钟周期来处理不同的步骤，这样看起来在同一时刻处理器在处理多条指令，提高处理器的执行效率。

 

ARM7：三级流水线----> 取指、译码、执行

ARM9：五级流水线----> 取指、译码、执行、寄存器访问、存储器回写

 

=========================================================

六、ARM内核中的寄存器

ARM处理器中的寄存器可以分成两类：

内核的寄存器：只能用汇编访问

               R0~R15、CPSR、SPSR --->通用寄存器 + 状态寄存器

 

外围模块的寄存器：可以使用C来访问

               SFR ---- > GPJ2CON、GPD0_CON、GPH2DAT

               SFR的访问时通过地址来访问。

 

 

 

ARM中寄存器的主要作用：

1、R0~R3：在C和汇编混合编程的时候，用来传递参数或返回值。ATPCS规则

           第一个参数通过R0传递，第二参数通过R1传递，超过4个的参数就通过stack     

           来传递。

2、R4~R12：一般使用存放局部变量。C语言register关键字。

3、R13：SP---Stack Pointer栈的指针寄存器。指向stack的地址。

4、R14：LR ---Link Register链接寄存器：用来保存程序的返回地址。

5、R15，PC---Program counter，取值那条指令的地址。

注意：

以上寄存器都是32bits。

这些寄存器只能使用汇编语言来访问。

一般在嵌入式平台最开始执行的那段程序（bootloader-->u-boot）是使用汇编语言编写。

 

6、CPSR---Current Program Status Register 当前程序状态寄存器，反应ARM当前的状态。

 

1）ARM工作模式位

 

 

2）状态位

查看ARM的工作状态：0-->ARM状态

                      1--> THUMB状态

3）中断的使能位--F/I

1 --->IRQ或FIQ是关闭的

0 --->IRQ或IRQ是打开的

 

4）条件标志位

算术运行的逻辑结果。NZCV

 

 

7、SPSR ---- Saved Program Status Register备份程序状态寄存器

当ARM的工作模式切换的时候，用来保存CPSR。