ARM学习笔记3

ARM的编程模式和7种工作模式

ARM采用32/64位架构

• Byte:8-bits(1B)
• HalfWord:16-bits(2B)
• Word:32-bit(4B)
• ARM指令集:32-bit
• Thumb:16-bit
• Thumb2:16-bit&32-bit

ARM 7种工作模式

操作系统有安全级别要求，CPU多种工作模式是为了方便操作系统的多种角色安全等级需要.

1个非特权模式（normal)

1.User:大部分程序运行在用户模式

6个特权模式(Privilege)

1个系统模式(sys)

2. System:和用户模式相同的寄存器集的特权模

5个异常模式

3. SVC(Supervisor):复位或软中断时进入
4. FIQ(fast interrupt)：高优先级中断产生时进入
5. IRQ:低优先级中断产生时进入
6. Abort:存取（读写内存）异常时进入
7. Undef:执行了未定义指令时进入

ARM的37个通用寄存器：SFR通过地址操作，通用寄存器通过名字操作.

模式	USER	FIQ	IRQ	SVC	Undef	abort
r0	*	*	*	*	*	*
r1	*	*	*	*	*	*
r2	*	*	*	*	*	*
r3	*	*	*	*	*	*
r4	*	*	*	*	*	*
r5	*	*	*	*	*	*
r6	*	*	*	*	*	*
r7	*	*	*	*	*	*
r8	*	R8	*	*	*	*
r9	*	R9	*	*	*	*
r10	*	R10	*	*	*	*
r11	*	R11	*	*	*	*
r12	*	R12	*	*	*	*
r13(sp)	R13(SP)	R13(SP)	R13(SP)	R13(SP)	R13(SP)	R13(SP)
r14(lr)	R14(LR)	R14(LR)	R14(LR)	R14(LR)	R14(LR)	R14(LR)
r15(pc)	*	*	*	*	*	*
cpsr	*	*	*	*	*	*
spsr	X	SPSR	SPSR	SPSR	SPSR	SPSR

注：(X 表示该模式下没有该寄存器，* 表示各模式下都是同一个寄存器，SYS模式和USER模式一样的寄存器)

每种模式下只能看到18个寄存器，R13-R14:影子寄存器（banked register）

• sp: 栈指针.
• lr: 模式切换时存放返回地址.
• pc: 程序计数器，当前程序执行到哪里.
• cpsr: 程序状态寄存器，记录当前CPU的运行状态.
• spsr: 模式切换时保存上个CPSR,以便返回后恢复原来状态

ARM异常处理方式：

什么是异常？

异常：正常工作状态之外的流程都叫异常,中断是异常中的一种.

• user/sys:模式属于正常态.
• fiq/irq/svc:可以预知的异常(中断).
• abort/undef:不可预知的异常(真正的异常).

异常向量表： CPU设计时就设定好了的，硬件决定的，硬件向软件提供了处理异常的支持.当异常发生时，CPU自动动作(pc跳转到异常向量处处理异常)

arm的异常处理机制：

异常发生时：

1. 拷贝CPSR到SPSR_<mode>       //user态时的CPSR保存到对应态mode下的SPSR

2. 设置适当的CPSR位           //CPU自动设置CPSR到mode态的CPSR值

    2. 1. 改变处理状态进入ARM态      //设置CPSR T位为0 (0 ARM态，1 thumb态)

    2. 2. 改变处理器模式进入相应的异常模式      //设置CPSR mode位为对应模式

    2. 3. 设置中断禁止位禁止相应中断(系统自动)       //设置CPSR IF位到对应（I 禁止IRQ F 禁止FIQ ）

3. 保存返回地址到lr_<mode>     //保存当前态的返回地址到lr中

4. 设置PC为相应的异常向量地址   //跳转到异常处理地址处理异常

异常处理后返回时:

1. 从SPSR_<mode>恢复CPSR           //从异常态的SPSR中恢复到之前的状态中

2. 从lr_<mode>恢复PC               //从异常态的lr中恢复到之前的PC值（中断之前执行的地方）

注：上述操作只能在ARM态执行