協(xié)處理器及其他指令之：狀態(tài)寄存器訪問指令

ARM指令集提供了兩條指令，可直接控制程序狀態(tài)寄存器psr。MRS指令用于把cpsr或者spsr的值傳送到一個寄存器；MSR與之相反，它將一個寄存器的內(nèi)容傳送到cpsr或者spsr。這兩條指令結(jié)合，可用于對cpsr和spsr進行讀/寫操作。

表9.2總結(jié)了狀態(tài)寄存器訪問指令。

表9.2 狀態(tài)寄存器訪問指令

助記符

含義

操作

MRS

將程序狀態(tài)字寄存器的值送到通用寄存器

Rd=spr

MSR

將通用寄存器的值送到程序狀態(tài)字寄存器

Psr[field]=Rm

MSR

將一個立即數(shù)送到程序狀態(tài)字

Psr[field]=immediate

當(dāng)需要保存或修改當(dāng)前模式下CISR或SPSR的內(nèi)容時，首先必須將這些內(nèi)容傳送到通用寄存器中，對選擇的位進行修改，然后將數(shù)據(jù)回寫到狀態(tài)寄存器。對于ARM和Thumb的狀態(tài)切換也是如此，程序不能通過直接改寫CPSR中的T控制位直接將程序狀態(tài)切換到Thumb狀態(tài)，必須通過BX等指令完成程序狀態(tài)的切換。

讀狀態(tài)寄存器指令MRS。在ARM寄存器中，只有MRS指令可以將狀態(tài)寄存器CPSR或SPSR讀出到通用寄存器中。將程序狀態(tài)字內(nèi)容讀取到通用寄存器中后就可以對其進行計算、修改等操作。

指令的編碼格式如圖9.6所示。

圖9.6MRS指令編碼格式

MRS{<cond>}<Rd>，CPSR

MRS{<cond>}<Rd>，SPSR

①<cond>

為指令編碼中的條件域。它指示指令在什么條件下執(zhí)行。當(dāng)<cond>忽略時，指令為無條件執(zhí)行（cond=AL（Alway））。

②<Rd>

確定指令的目標(biāo)寄存器。如果r15被用作目標(biāo)寄存器，指令的執(zhí)行結(jié)果不可預(yù)知。

指令操作的偽代碼如下面程序段所示。

IfConditionPassed{cond}then

IfR==1then

Rd=SPSR

Else

Rd=CPSR

MRS指令注意用于以下3種場合：

·當(dāng)需要保存或修改當(dāng)前模式下CPSR或SPSR的內(nèi)容時，首先必須將這些內(nèi)容傳送到通用寄存器中，對選擇的位進行修改，然后將數(shù)據(jù)回寫到狀態(tài)寄存器。

·當(dāng)異常中斷允許嵌套時，需要在進入異常中斷之后，嵌套中斷發(fā)生之前保存當(dāng)前處理器模式對應(yīng)的SPSR。這時需要先通過MRS指令讀出SPSR的值，再用其他指令（如壓棧指令）將SPSR值保存起來。

·在進程切換時也需要保存當(dāng)前狀態(tài)寄存器的值。

注意

在用戶模式下對CPSR[23∶0]進行任何修改都是無效的。另外，盡量避免在用戶模式或系統(tǒng)模式下訪問SPSR，因為在這種模式下沒有SPSR，如果執(zhí)行此操作，指令的執(zhí)行結(jié)果不可預(yù)知。

（1）將CPSR狀態(tài)寄存器讀取，保存到r1中。

MRSr1，CPSR

（2）將SPSR狀態(tài)寄存器讀取，保存到r2中。

MRSr2，SPSR

（3）MSR指令讀取CPSR，用來判斷ALU的狀態(tài)標(biāo)志或IRQ/FIQ中斷是否允許等；在異常處理程序中，讀SPSR可知道進入異常前的處理器狀態(tài)等。MRS與MSR配合使用，實現(xiàn)CPSR或SPSR寄存器的讀－修改－寫操作，可用來進行處理器模式的切換或禁止/使能IRQ/FIQ中斷等設(shè)置。另外，進行切換或允許異常中斷嵌套時，也需要使用MRS指令讀取SPSR狀態(tài)值保存起來。

下面的例子使能IRQ中斷。

ENABLE_IRQ

MRSr0，CPSR

BICr0，r0，＃0x80

MSRCPSR_c，r0

MOVPC，LR

下面的例子禁止IRQ中斷。

DISABLE_IRQ

MRSr0，CPSR

ORRr0，r0，＃0x80

MSRCPSR_c，r0

MOVPC，LR

寫狀態(tài)寄存器指令MSR（MovetoStatusRegisterfromARMRegister）。在ARM處理器中，只有MSR指令可以直接設(shè)置狀態(tài)寄存器CPSR或SPSR。

圖9.7、圖9.8分別顯示了源操作數(shù)為立即數(shù)的MSR指令和源操作數(shù)為寄存器的MSR指令的編碼格式。

圖9.7源操作數(shù)為立即數(shù)的MSR指令編碼格式

圖9.8源操作數(shù)為寄存器的MSR指令編碼格式

MSR{<cond>}CPSR_<fields>，#<immediate>

MSR{<cond>}CPSR_<fields>，<Rm>

MSR{<cond>}SPSR_<fields>，#<immediate>

MSR{<cond>}SPSR_<fields>，<Rm>

①<cond>

為指令編碼中的條件域。它指示指令在什么條件下執(zhí)行。當(dāng)<cond>忽略時，指令為無條件執(zhí)行（cond=AL（Alway））。

②<fields>

域標(biāo)志位，是下面選項中的一種或幾種的組合。

·C：設(shè)置控制位掩碼域（bit[16]）。

·X：設(shè)置擴展位掩碼域（bit[17]）。

·S：設(shè)置狀態(tài)位掩碼域（bit[18]）。

·F：設(shè)置標(biāo)志位掩碼域（bit[19]）

③<immediate>

將被傳送到CPSR和SPSR寄存器的立即數(shù)。此立即數(shù)可以為8位立即數(shù)（范圍在0x00～0xff之間）。

④<Rm>

指定的通用寄存器，此寄存器包含將要被傳送狀態(tài)寄存器中的數(shù)據(jù)。

指令操作的偽代碼如下面程序段所示。

IfConditionPassed{cond}then

Ifopcode[25]==1

Operand=8_bit_immediateRotate_Right{rotate_imm*2}

Else/*opcode[25]==0*/

Operand=Rm

IfR==0then

Iffield_mask[0]==1andinAprivilegedMode()then

CPSR[7:0]=operand[7:0]

Iffield_mask[1]==1andinAprivilegedMode()then

CPSR[15:8]=operand[15:8]

Iffield_mask[2]==1andinAprivilegedMode()then

CPSR[23:16]=operand[23:16]

Iffield_mask[3]==1andthen

CPSR[31:24]=operand[31:24]

Else/*R==1*/

Iffield_mask[0]==1andCurrentModeHasSPSR()then

SPSR[7:0]=operand[7:0]

Iffield_mask[1]==1andCurrentModeHasSPSR()then

SPSR[15:8]=operand[15:8]

Iffield_mask[2]==1andCurrentModeHasSPSR()then

SPSR[23:16]=operand[23:16]

Iffield_mask[3]==1andCurrentModeHasSPSR()then

SPSR[31:24]=operand[31:24]

詳見MRS指令。

（1）使用“讀－修改－寫”模式更新CPSR寄存器。

MRSr0，CPSR ;讀CPSR寄存器的值

BICr0，r0，＃0xf0000000 ;清除N、Z、C、V位

MSRCPSR_f，r0 ;更新CPSR中的標(biāo)志位

注意

因為PSR狀態(tài)寄存器中存在目前沒有定義的保留位，所以在使用時，最好加上“_fsxc”后綴，如上例中的“CPSR_f”。這樣做的目的是使指令只修改程序狀態(tài)寄存器的某個域，防止程序向高版本指令集移植時發(fā)生意外。

（2）禁止IRQ中斷。

MRSr0，CPSR;讀CPSR狀態(tài)寄存器

ORRr0，r0，＃0x80;設(shè)置IRQ中斷禁止位

MSRCPSR_c，r0;更新CPSR狀態(tài)寄存器

（3）堆棧初始化。

INITSTACK

MOVr0，LR;保存返回地址

；設(shè)置管理模式堆棧

MSRCPSR_c，＃0xd3；

LDRSP，StackSvc；

；設(shè)置中斷模式堆棧

MSRCPSR_c，＃0xd2；

LDRSP，StackIrq；