基于ARM的硬件启动程序设计-初始化堆栈

本文介绍ARM处理器不同模式下的堆栈初始化过程。针对7种运行状态,分别设置对应的堆栈指针寄存器(SP),并通过修改状态寄存器内的状态位实现模式切换。文章详细展示了管理模式、中断模式等的堆栈地址配置。

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ARM有7种运行状态,每一种状态的堆栈指针寄存器(SP)都是独立的。所以,对于程序中需要用的每一种处理器模式,都要给SP定义一个堆栈地址。流程为:修改状态寄存器内的状态位,使处理器切换到需要的模式,然后给SP赋值。需要注意的是:不要切换到User模式进行该模式下的堆栈设置,因为进入User模式后就不能再操作CPSR返回到其他模式了。

先定义各种模式对应的CPSR寄存器M[4:0]的值,该值决定了进入何种模式,可参考相关数据手册。

Mode_USR        EQU     0x10
Mode_FIQ        EQU     0x11
Mode_IRQ        EQU     0x12
Mode_SVC        EQU     0x13
Mode_ABT        EQU     0x17
Mode_UND        EQU     0x1B
Mode_SYS        EQU     0x1F
I_BIT           EQU     0x80  ; when I bit is set (1), IRQ is disabled
F_BIT           EQU     0x40  ; when F bit is set (1), FIQ is disabled

下面是初始化堆栈的代码段:

InitStack   
        MOV     R0, LR

; /* 设置管理模式堆栈 */
        MSR     CPSR_c, #(Mode_SVC | I_BIT | F_BIT)  ; 0xd3
        LDR     SP, StackSvc
; /* 设置中断模式堆栈 */
        MSR     CPSR_c, #(Mode_IRQ | I_BIT | F_BIT)  ; 0xd2
        LDR     SP, StackIrq
; /* 设置快速中断模式堆栈 */
        MSR     CPSR_c, #(Mode_FIQ | I_BIT | F_BIT)  ; 0xd1
        LDR     SP, StackFiq
; /* 设置中止模式堆栈 */
        MSR     CPSR_c, #(Mode_ABT | I_BIT | F_BIT)  ; 0xd7
        LDR     SP, StackAbt
; /* 设置未定义模式堆栈 */
        MSR     CPSR_c, #(Mode_UND | I_BIT | F_BIT)  ; 0xdb
        LDR     SP, StackUnd
; /* 设置系统模式堆栈 */
        MSR     CPSR_c, #(Mode_SYS | I_BIT | F_BIT)  ; 0xdf
        LDR     SP, StackUsr

        MOV     PC, R0

StackUsr           DCD     UsrStackSpace + (USR_STACK_LEGTH - 1) * 4
StackSvc           DCD     SvcStackSpace + (SVC_STACK_LEGTH - 1)* 4
StackIrq           DCD     IrqStackSpace + (IRQ_STACK_LEGTH - 1)* 4
StackFiq           DCD     FiqStackSpace + (FIQ_STACK_LEGTH - 1)* 4
StackAbt           DCD     AbtStackSpace + (ABT_STACK_LEGTH - 1)* 4
StackUnd           DCD     UndtStackSpace + (UND_STACK_LEGTH - 1)* 4

; /* 分配堆栈空间 */
        AREA    MyStacks, DATA, NOINIT, ALIGN=2
UsrStackSpace      SPACE   USR_STACK_LEGTH * 4  ;用户(系统)模式堆栈空间
SvcStackSpace      SPACE   SVC_STACK_LEGTH * 4  ;管理模式堆栈空间
IrqStackSpace      SPACE   IRQ_STACK_LEGTH * 4  ;中断模式堆栈空间
FiqStackSpace      SPACE   FIQ_STACK_LEGTH * 4  ;快速中断模式堆栈空间
AbtStackSpace      SPACE   ABT_STACK_LEGTH * 4  ;中止义模式堆栈空间
UndtStackSpace     SPACE   UND_STACK_LEGTH * 4  ;未定义模式堆栈

以管理模式堆栈空间为例说明一下。

SVC_STACK_LEGTH 定义为 16 ,分配结果为:分配16个4字节的存储空间,把该存储空间初始化为0,并且把SP指向堆栈底部(内存高位)。

 基于ARM的硬件启动程序设计-初始化堆栈 - 流星点点 - 流星点点

从上面memory的内容上面可以看出。管理模式堆栈分配了从0x00008080~0x00008044 一共16*4字节空间。其中0x00008040地址存储器上放置的是0x00008080,也就是该堆栈底部的指针的值。

就是说,StackSvc           DCD     SvcStackSpace + (SVC_STACK_LEGTH - 1)* 4 这条32位的伪指令,经过编译后,是在0x00008040(StackSvc)地址上放置SvcStackSpace地址值(0x00008080)。也就是把0x00008080赋给了SP了。

再看看地址0x00008080~0x00008044 上的内容,全部是andeq   r0,r0,r0。从汇编指令格式来翻译,andeq  r0,r0,r0翻译成16禁止代码后,刚好是0x00000000。

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