arm处理器期中复习

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第二章：ARM处理器及系统结构

工作状态

注意：ARM和Thumb状态间的切换并不影响处理器模式或寄存器内容。

从一个ARM例程调用另一个Thumb例程时，内核必须切换状态，反之亦然。

运行模式

我列出一些重要的模式（详细版本）

除用户模式外的其它6种处理器模式称为特权模式（Privileged Modes）。在特权模式下，程序可以访问所有的系统资源，也可以任意的进行处理器模式切换。只有在特权模式下才允许对当前程序状态寄存器（CPSR）的所有控制位直接进行读/写访问，而在非特权模式下只允许对CPSR的控制位进行间接访问（SWI方式）。

特权模式中除系统模式之外的其他5种模式又统称为异常模式。它们除了可以通过在特权下的程序切换进入外，也可以由特定的异常进入。其中管理模式也称为超级用户模式，是为操作系统提供软中断的特有模式。

用户模式和系统模式共用一个，每种异常模式都有专用的R13寄存器。它们通常指向各模式所对应的专用堆栈，也就是说ARM处理器允许用户程序有6个不同的堆栈空间。

ARM的异常中断

地址	异常类型	进入时的模式	进入时I的状态	进入时F的状态
0x0000 0000	复位	管理	禁止	禁止
0x0000 0004	未定义指令	未定义	I	F
0x0000 0008	软件中断(SWI)	管理	禁止	F
0x0000 000C	预取中止(指令)	中止	I	F
0x0000 0010	数据中止	中止	I	F
0x0000 0014	保留	保留	—	—
0x0000 0018	IRQ	中断	禁止	F
0x0000 001C	FIQ	快中断	禁止	禁止

最后将向量地址存入PC，实现跳转

中断：

快速中断：

（1）专门为快中断配置了较多的私有寄存器，从而可使中断服务程序有足够的寄存器来使用，而不必与被中断服务程序使用同一组寄存器，这样就免去了因寄存器冲突而必需的保护及恢复现场工作。

（2）ARM把FIQ的中断向量放在了中断（异常）向量表末尾 0X0000001C处，因此它后面没有其它中断向量，允许用户将中断服务程序直接放在这里。

未定义指令：

中止异常：

在处理中止的原因之后，不管处于哪种处理器操作状态（ARM状态或者Thumb状态），处理程序可以通过执行下面的指令返回： SUBS PC, R14_abt, #4 ;在中止模式下，执行该指令返回 SUBS指令将R14的值减4写入PC，CPSR将自动从SPSR寄存器中恢复并重试被中止的指令。

在指令预取时，无法正确读出指令（比如指令地址错误），该指令被标记成有问题的指令，这时，流水线上该指令之前的指令继续执行，当执行到该被标记成有问题的指令时，处理器产生指令预取中止异常中断。指令预取异常是由当前执行的指令自身产生的，当产生中断时，是处于译码阶段，程序计数器PC的值指向当前产生异常指令后面的那条指令。

在处理中止的原因之后，不管处于哪种处理器操作状态（ARM状态或者Thumb状态），处理程序可以通过执行下面的指令返回： SUBS PC, R14_abt, #8 ;在中止模式下，执行该指令返回 SUBS指令将R14的值减8写入PC（返回并重新执行导致异常的指令），CPSR将自动从SPSR寄存器中恢复并重试被中止的指令。

SWI处理程序通过执行下面的指令返回： MOVS PC, R14_svc ;在管理模式下，执行该指令返回 MOVS指令将R14的值写入PC，CPSR将自动从SPSR寄存器中恢复并返回到SWI指令之后的指令。

第三章：ARM指令集

ARM指令和条件码：

ARM 指令的条件码和助记符如下表所示：

条件码	条件码助记符	CPSR中条件标志位值	含义
0000	EQ	Z=1	相等
0001	NE	Z=0	不相等
0010	CS/HS	C=1	无符号数大于或等于
0011	CC/LO	C=0	无符号数小于
0100	MI	N=1	负数
0101	PL	N=0	正数或零
0110	VS	V=1	溢出
0111	VC	V=0	未溢出

条件码	条件码助记符	CPSR中条件标志位值	含义
1000	HI	C=1且Z=0	无符号数大于
1001	LS	C=0或Z=1	无符号数小于或等于
1010	GE	N=V	带符号数大于或等于
1011	LT	N!=V	带符号数小于
1100	GT	Z=0且N=V	带符号数大于
1101	LE	Z=1或N!=V	带符号数小于或等于
1110	AL	ㅤ	无条件执行
1111	NV	ARMV3之前	从不执行(不要使用)

（1）如果既有条件后缀又有S后缀，则书写时S排在后面如：ADDEQS R1,R0,R2 该指令在Z=1时执行，将R0+R2的值放入R1，同时刷新条件标志位。

（2）条件后缀是要测试条件标志位，而S后缀是要刷新条件标志位。（3）条件后缀要测试的是执行前的标志位，而S后缀是依据指令的结果改变条件标志。

ARM 指令可以分为：分支指令、数据处理指令、存储访问指令、协处理器指令和杂项指令五类。

分支指令

分支指令用于控制程序的执行流程、实现ARM代码与Thumb代码之间进行切换。 数据处理指令 数据处理指令在通用寄存器上执行计算，主要分为3种：算术/逻辑指令、比较指令和乘法指令。

存储访问指令 用于加载/存储存放于MCU片外存储系统中的数据。加载指令用于从内存中读取数据放入寄存器中，存储指令用于将寄存器中的数据保存到内存中。

ARM协处理器指令 ARM协处理器指令用于控制外部的协处理器。包括数据处理指令：启动一个协处理器专用的内部操作。数据转移指令：使数据在协处理器和存储器之间进行转移。寄存器转移指令：协处理器值转移到ARM寄存器或ARM寄存器的值转移到协处理器。

杂项指令 包括状态寄存器转移指令和异常中断产生指令。状态寄存器转移指令将CPSR或SPSR的内容转移到一个通用寄存器，或者反过来将通用寄存器的内容写入CPSR或SPSR寄存器 ARM有两条异常中断产生指令，分别为软中断指令SWI 和断点中断指令BKPT。

寻址方式

立即数寻址：

共有6种移位方式：

— LSL 逻辑左移 — LSR 逻辑右移 — ASL 算术左移 — ASR 算术右移 — ROR 循环右移 — RRX 带扩展的循环右移

变址寻址

多寄存器寻址

分支指令

B和BL的区别在于：BL在跳转之前会把BL指令的下一条指令地址（断点地址）保存到连接寄存器 LR（R14），因此程序在必要的时候可以通过将 LR 的内容加载到 PC 中，使程序返回到跳转点。 BL 指令经常被用来调用一个子程序。

signed_immed_24 间接提供目标地址，真正的目标地址是由处理器根据这个有符号数和当前的PC值计算出来的。具体计算为：先将 signed_immed_24 左移两位（即具有26位的偏移量），并扩展为32位有符号数，然后再将这32位有符号数与 PC 的当前值相加，得到实际的跳转地址。因此B 和 BL 指令转移的偏移量为 26 位，即转移的跨度为前后 32MB 地址空间。

另一种实现指令跳转的方式是通过直接向 PC 寄存器中写入目标地址值(并不是一定MOV写)，实现在 4GB 地址空间中任意跳转，这种跳转又称为长跳转。如果在长跳转指令之前使用“MOV LR，PC” 等指令，可以保存将来返回的地址值，也就实现了在 4GB 的地址空间中的子程序调用。

数据处理指令

加减法

ADC

SBC

RSB

RSC

乘法指令

存储器访问指令

LDR、LDRSB、LDRB、LDRSH、LDRH、STR、STRB、STRH

SWP

LDM STM

（1）Rn：表示基址寄存器，装有传送数据的初始地址，Rn不允许为R15（即PC）。（2）Rn后缀“!”：表示最后的地址写回到Rn中。（3）Reglist：表示寄存器列表，其中包含一个或多个寄存器。当寄存器不连续时，中间使用“，”隔开。格式例子：{R1，R2，R6-R9} 列表寄存器和存储器地址的关系规则：编号低的寄存器对应于存储器中低地址单元，编号高的寄存器对应于存储器中高地址单元。

（4）后缀“^”说明 寄存器列表不包含PC：使用后缀“^”进行数据传送时，加载／存储的是用户模式的寄存器，而不是当前模式的寄存器。寄存器列表包含有PC：除了正常的多寄存器传送外，还要将SPSR拷贝到CPSR中。该用法可用于异常处理返回。禁用情况：后缀“^”不允许在用户模式或系统模式下使用。因为它们没有SPSR

（5）当Rn在寄存器列表中且使用后缀“!” 对于STM指令，若Rn为寄存器列表中的最低序号的寄存器，则会将Rn的初值保存；其它情况下Rn的编译无法通过。（6）地址字对齐这些指令寻址是字对齐的，即忽略地址位[1:0]。