ARM處理器模式
用戶模式(User):ARM處理器正常的程序執行狀態
快速中斷模式(FIQ):用于高速數據傳輸或通道處理
外部中斷模式(IRQ):用于通用的中斷處理
管理模式(Supervisor):操作系統使用的保護模式
數據訪問終止模式(Abort):當數據或指令預取終止時進入該模式,可用于虛擬存儲及存儲保護
系統模式(System):運行具有特權的操作系統任務
未定義指令中止模式(Undifined):當未定義的指令執行時進入該模式,可用于支持硬件協處理器的軟件仿真
ARM寄存器
ARM共有37個32位寄存器,其中31個為通用寄存器,6個為狀態寄存器.這些寄存器不能被同時訪問,但在任何時候,
通用寄存器R0~R14,程序計數器PC,一個或兩個狀態寄存器都是可訪問的.
通用寄存器
通用寄存器包括R0~R15,可以分為3類:
(1)未分組寄存器R0~R7
(2)分組寄存器R8~R14
(3)程序計數器PC(R15)
1.未分組寄存器R0~R7
在所有運行模式下,未分組寄存器都指向同一個物理寄存器,它們未被系統用作特殊的用途.因此在中斷或異常處理進行運行模式轉換時,由于不同的處理器運行模式均使用相同的物理寄存器,所以可能造成寄存器中數據的破壞.
2.分組寄存器R8~R14
對于分組寄存器,它們每一次所訪問的物理寄存器都與當前 處理器的運行模式有關.對于R8~R12來說,每個寄存器對應2個不同的物理寄存器,當使用FIQ(快速中斷模式)時,訪問寄存器 R8_fiq~R12_fiq;當使用除FIQ模式以外的其他模式時,訪問寄存器R8_usr~R12_usr.
對于R13,R14來說,每個寄存器對應6個不同的物理寄存器,其中一個是用戶模式與系統模式共用,另外5個物理寄存器對應其他5種不同的運行模式,并采用以下記號來區分不同的物理寄存器:
R13_mode
R14_mode
其中mode可為:usr,fiq,irq,svc,abt,und.
寄存器R13在ARM指令中常用作堆棧指針,用戶也可使用其他的寄存器作為堆棧指針,而在Thumb指令集中,某些指令強制性的要求使用R13作為堆棧指針.
寄存器R13在ARM指令中常用作堆棧指針，但這只是一種習慣用法，用戶也可使用其他的寄存器作為堆棧指針。而在Thumb指令集中，某些指令強制性的要求使用R13作為堆棧指針。
由于處理器的每種運行模式均有自己獨立的物理寄存器R13，在用戶應用程序的初始化部分，一般都要初始化每種模式下的R13，使其指向該運行模式的棧空間。這
樣，當程序的運行進入異常模式時，可以將需要保護的寄存器放入R13所指向的堆棧，而當程序從異常模式返回時，則從對應的堆棧中恢復，采用這種方式可以保證異常發生后程序的正常執行。
R14稱為鏈接寄存器(Link Register),當執行子程序調用指令(BL)時,R14可得到R15(程序計數器PC)的備份.
在每一種運行模式下，都可用R14保存子程序的返回地址，當用BL或BLX指令調用子程序時，將PC的當前值復制給R14，執行完子程序后，又將R14的值復制回PC，即可完成子程序的調用返回。以上的描述可用指令完成。
執行以下任意一條指令：
MOV PC, LR
BX LR
在子程序入口處使用以下指令將R14存入堆棧：
STMFD SP！,{,LR}
對應的，使用以下指令可以完成子程序返回：
LDMFD SP！,{,PC}
R14也可作為通用寄存器。
3.程序計數器PC(R15)
寄存器R15用作程序計數器(PC),在ARM狀態下,位[1:0]總為0,位[31:2]用于保存PC,在Thumb狀態下,位[0]為0,位[31:1]用于保存PC.
由于ARM體系結構采用了多級流水線技術，對于ARM指令集而言，PC總是指向當前指令的下兩條指令的地址,即PC的值為當前指令的地址值加8個字節
程序狀態寄存器
4.寄存器R16
寄存器R16用作CPSR(Current
Program Status Register，當前程序狀態寄存器)，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、當前處理器模式標志位，以及其他一些相關的控制和狀態位。
每一種運行模式下又都有一個專用的物理狀態寄存器，稱為SPSR(Saved Program Status Register，備份的程序狀態寄存器)，當異常發生時，SPSR用于保存CPSR的當前值，從異常退出時則可由SPSR來恢復CPSR。
由于用戶模式和系統模式不屬于異常模式，它們沒有SPSR，當在這兩種模式下訪問SPSR，結果是未知的
1).條件碼標志(condition code flags)
N,Z,C,V均為條件碼標志位,它們的內容可被算術或邏輯運算的結果所改變,并且可以決定某條指令是否被執行.
在ARM狀態下,絕大多數的指令都是有條件執行的,在Thumb狀態下,僅有分支指令是有條件執行的.
N(Number):當用兩個補碼表示的帶符號數進行運行時,N=1表示運行結果為負,N=0表示運行結果為正或零
Z:(Zero):Z=1表示運算結果為零,Z=0表示運行結果非零
C:(Come)加法運算:當運算結果產生了進位時C=1,否則C=0
減法運算:當運算產生了借位,C=0否則C=1
對于包含移位操作的非加/減運算指令 ,C為移出值的最后一位
對于其他的非加/減運算指令C的值通常不改變
V:(oVerflow)對于加/減法運算指令,當操作數和運算結果為二進制的被碼表示的帶符注意力時,V=1表示符號位溢出.對于其他的非加/減運算指令V的值通常不改變
2).控制位
PSR的低8位(包括I,F,T和M[4:0])稱為控制位,當發生異常時這些位可以被改變,如果處理器運行特權模式,這些位也可以由程序修改.
(1)中斷禁止位I,F
I=1 禁止IRQ中斷
F=1 禁止FIQ中斷
每一種運行模式下又都有一個專用的物理狀態寄存器稱為SPSR(Saved Program Status Register,備份的程序狀態寄存器)當異常發生時,SPSR可以保存CPSR的當前值,從異常退出時則可由SPSR來恢復CPSR.
由于用戶模式和系統模式不屬于異常模式,它們沒有SPSR當在這兩種模式下訪問SPSR時結果是未知的
Thumb狀態下程序可以直接訪問8個通用寄存器(R0~R7),程序計數器(PC),堆棧指針(SP:StackPointer),鏈接寄存器(LP:Link Register)和CPSR,同時在每一種特權模式下都有一組SP,LR和SPSR.
ARM指令導址方式
1.立即尋址(立即數尋址)
ADD R0,R0,#1 //R0<-R0+1
ADD R0,R0,#0x31 //R0<-R0+0x3f
立即數以"#"為前綴,對于以十六進制表示的立即數,還要求在"#"后加上"0x"前綴
2.寄存器尋址
ADD R0,R1,R2 //R0<-R1+R2
3.寄存器間接尋址
ADD R0,R1,[R2] //R0<-R1+[R2]
LDR R0,[R1]?
?? ?//R0<-[R1]
STR R0,[R1] //[R1]<-R0
4.基址變址尋址
LDR R0,[R1,#4] //R0<-[R1+4]
LDR R0,[R1,#4]! //R0<-[R1+4],R1<-R1+4
LDR R0,[R1,R2] //R0<-[R1+R2]
5.多寄存器尋址
LDMIA R0,[R1,R2,R3,R4] //R1<-[R0],R2<-[R0+4],R3<-[R0+8],R4<-[R0+12]
6.相對尋址
BL NEXT //跳轉到子程序NEXT處執行
......
NEXT
....
MOV PC,LR //從子程序返回
?
ARM體系中的存儲空間
ARM存儲器格式
在 little-endian格式中，地址為A的字單元包括字節單元A、A＋1、A＋2及A＋3，其中字節單元由高位到低位字節順序為A＋3、A＋2、 A＋1、A；地址為A的字單元包括半字節單元A、A＋2，其中半字單元由高位到低位字節順序為A＋2、A；地址為A的半字單元包括字節單元A、A＋1，其 中字節單元由高位到低位字節順序為A＋1、A
