朱老師ARM裸機(jī)學(xué)習(xí)筆記（五）：ARMCPU工作模式以及寄存器

ARM的約定

byte 8bits
halfword 16bits
word 32bits

ARM Core 提供的指令集

ARM指令集 32bits
Thumb 指令集 16bits
Thumb2 指令集 16&32bits

ARM CPU的七種工作模式符號(hào)解釋User用戶模式，大部分任務(wù)執(zhí)行在這種模式FIQ快速中斷模式，當(dāng)一個(gè)更高優(yōu)先級(jí)中斷產(chǎn)生時(shí)，會(huì)進(jìn)入這種模式IRQ中斷模式，當(dāng)一個(gè)低優(yōu)先級(jí)終端產(chǎn)生時(shí)，會(huì)進(jìn)入這種模式Supervisor復(fù)位或軟中斷指令執(zhí)行時(shí)會(huì)進(jìn)入這種模式Abort存取異常，當(dāng)存取異常時(shí)會(huì)進(jìn)入這種模式Undef未定義指令，當(dāng)執(zhí)行未定義指令時(shí)會(huì)進(jìn)入這種模式System系統(tǒng)模式，使用和User模式相同的寄存器集的特權(quán)模式

除User模式是normal（普通模式）外，其他6種都是Privilege(特權(quán)模式)，特權(quán)模式中，除Sys模式外，其余5種都是異常模式。
各種模式之間的切換，可以是程序員通過(guò)代碼手動(dòng)切換（寫CPSR寄存器），也可以是CPU在某些情況下自動(dòng)切換。
各種模式下可以訪問(wèn)的CPU寄存器不同

ARM CPU的37個(gè)寄存器

CPU在不同的模式下可以反問(wèn)的CPU寄存器不同，上圖中黑色部分是user模式可以訪問(wèn)的寄存器，F(xiàn)IQ中的黑色部分表示和User模式下的一樣，及FIQ模式下訪問(wèn)的r0和User模式下的r0是同一個(gè)寄存器，而灰色的r8是FIQ模式特有的自己的寄存器。同理，IRQ下的r13,r14同樣也是自己模式下的私有寄存器，只有在自己的模式下才能訪問(wèn)。

ARM共有37個(gè)寄存器，都是32位長(zhǎng)度。
37個(gè)寄存器中30個(gè)為通用型，1個(gè)固定用作PC，一個(gè)固定用做CPSR，五個(gè)固定用做5種異常模式下的SPSR。

CPSR寄存器用以表明CPU的某些狀態(tài)信息。各位意義如下圖

SPSR寄存器用于，保存進(jìn)入異常模式時(shí)保存CPSR中的數(shù)據(jù)，當(dāng)從異常模式返回用戶模式時(shí)，用以恢復(fù)CPSR中的數(shù)據(jù)。
r15寄存器也叫pc （program control）寄存器，是程序指針，pc指向哪里，CPU就會(huì)執(zhí)行pc指向地址的指令。

ARM異常處理

所有正常工作之外的流程叫做異常。中斷也是異常的一種。
當(dāng)異常發(fā)生時(shí)，CPU會(huì)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到固定的地址運(yùn)行，這個(gè)固定的地址就是終端向量表，中斷向量表中存儲(chǔ)所有異常的應(yīng)跳轉(zhuǎn)到的程序地址。異常向量表是硬件向軟件提供的處理異常的支持。

ARM異常處理流程：當(dāng)異常產(chǎn)生式，首先拷貝CPSR到 SPSR_，
然后設(shè)置適當(dāng)?shù)腃PSR位，改變處理器工作模式，進(jìn)入ARM態(tài)，進(jìn)行異常處理，保存返回地址LR_設(shè)置PC為相應(yīng)的異常向量。
當(dāng)異常返回時(shí)，從SPSR_恢復(fù)CPSR，從LR_恢復(fù)PC
這些操作只能在ARM態(tài)進(jìn)行。