ARM9處理器工作模式

改變工作模式的方法：①軟件改變，改變CPSR（當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器）的低5位即可；②外部中斷或異常處理改變;

用戶模式：大部分情況下，程序是運(yùn)行在用戶模式下，此時(shí)某些被保護(hù)的寄存器是不能訪問；

非用戶模式：除了用戶模式之外的模式；也被稱作特權(quán)模式。特權(quán)模式下，可以訪問寄存器和一下片內(nèi)資源。

異常模式：處理用戶模式和系統(tǒng)模式外其余的5中模式，常用于處理中斷或異常以及訪問需要被保護(hù)的系統(tǒng)資源等情況；

系統(tǒng)模式僅存在于ARM體系結(jié)構(gòu)版本V4以上，系統(tǒng)模式和用戶模式擁有完全相同的寄存器；

ARM9的兩種工作狀態(tài)
處理器的兩種操作狀態(tài)：

ARM狀態(tài)：32位，這種狀態(tài)下執(zhí)行的是字方式的ARM指令(地址[1:0]為0)。

Thumb狀態(tài)：16位，這種狀態(tài)下執(zhí)行半字方式的Thumb指令(地址[0]為0);

Thumb指令集的特點(diǎn)：
Thumb指令集是ARM指令集的功能子集，但是與ARM代碼相比，可以節(jié)省30%~40%以上的儲(chǔ)存空間，同時(shí)兼?zhèn)?2位代碼的所有優(yōu)點(diǎn)；

ARM內(nèi)部寄存器組織
ARM存儲(chǔ)系統(tǒng)：（1）復(fù)雜：寄存器，Cache，主存儲(chǔ)器，輔助存儲(chǔ)器；（2）簡(jiǎn)單：直接分為存儲(chǔ)器和寄存器即可；

寄存器特點(diǎn)：
數(shù)量少，讀寫速度快；每個(gè)寄存器內(nèi)都有一個(gè)名字，但是沒有像存儲(chǔ)器一樣的存儲(chǔ)地址；不同的存儲(chǔ)器有不同的寄存器配置方案；
寄存器功能：暫存指令，數(shù)據(jù)和地址；

寄存器分組
分組的依據(jù)：處理器的工作狀態(tài)和工作模式的不同。
分組的特點(diǎn)：相同名字的寄存器在不同組中是兩個(gè)完全不同的物理寄存器；程序代碼運(yùn)行時(shí)的設(shè)計(jì)的工作寄存器組是由ARM9微處理器的工作模式確定的；
寄存器類別：通用寄存器，程序狀態(tài)寄存器，程序計(jì)數(shù)器；

(1) 通用寄存器
R0~R7：未分組寄存器；對(duì)于任何工作模式，這些寄存器都對(duì)應(yīng)相同的32位寄存器地址；

R8~R14：為分組寄存器；對(duì)應(yīng)的物理地址取決于當(dāng)前處理器的工作模式；

R8~R12：有兩個(gè)分組的物理寄存器；一組用于FIQ模式；一組用于非FIQ模式；

R0~R13：完全通用寄存器；保存數(shù)據(jù)和地址的通用寄存器；不會(huì)被體制結(jié)構(gòu)作為特殊用途，并且可用于任何使用通用寄存器的指令；

R13,R14：分別有6個(gè)分組的寄存器。一個(gè)用于用戶模式和系統(tǒng)模式，另外5組寄存器分別對(duì)應(yīng)5中工作模式；

異常處理：異常處理程序負(fù)責(zé)初始化自己的R13，使其指向該異常模式專用的棧地址。在異常處理程序入口處，將其他寄存器的內(nèi)容保存到堆棧，返回時(shí)，重新將這些值加載到寄存器；從而保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)的目的；

R13：堆棧指針SP；在ARM指令集集中，沒有以特殊方式使用R13的指令或其他功能，只是習(xí)慣上都這樣使用。但是Thumb指令集中存在使用R13的指令；

R14：鏈接寄存器LR；在結(jié)構(gòu)上有兩個(gè)功能：

① 在每種工作模式下，模式本身的R14用于保存子程序返回的地址。例如，當(dāng)ARM9處理器執(zhí)行帶鏈接的分支指令（如BL）時(shí)，R14保存R15(PC)的值；

② 發(fā)生異常時(shí)，相應(yīng)的寄存器分組R14_svc,R14_abt,R14_und,R14_ird和R14_fiq用來保存R15的返回值；

R15：程序計(jì)數(shù)器（PC）。在ARM狀態(tài)下，R15[1:0]=0x00;PC的值為R15[31:2];

(2) 狀態(tài)寄存器CPSR
R16：通用寄存器；看下表：

1）條件代碼標(biāo)志位NZCV：

N：運(yùn)算結(jié)果的最高位顯示在該標(biāo)志位上。對(duì)于有符號(hào)二進(jìn)制補(bǔ)碼，當(dāng)結(jié)果為負(fù)數(shù)N=1，結(jié)果為正數(shù)或零為0；

Z：當(dāng)指令結(jié)果為0時(shí)Z=1（通常表示比較結(jié)果“相等”）否則為0；

C：加法指令最高位進(jìn)位C=1，否則C=0；減法指令最高位未借位C=1，借位則C=0；結(jié)合移位操作時(shí)C等于從最高位最后溢出的值；其他指令C不變；

V：加/減法運(yùn)算并發(fā)生溢出時(shí)V=1，否則V=0；其他指令V不變；
（2）控制位IFTM4M3M2M1M0
當(dāng)發(fā)生異常時(shí)這些位被硬件改變；當(dāng)處理器處于特權(quán)模式時(shí)，可用軟件操作這些位；

① 中斷處理位：中斷使用的前提是中斷沒有被禁止；
I=1時(shí)IRQ中斷被禁止
F=1時(shí)FIQ中斷被禁止

② 處理器標(biāo)志位：T位反映了處理的的工作狀態(tài)
T=1時(shí)，處理器處于Thumb狀態(tài)下
T=0時(shí)，處理器處于ARM狀態(tài)下；

③ 處理器模式位：決定處理器的工作模式，看下表格

（3）保留位
CPSR中的保留位被保留為將來使用。為了提高程序的可移植性，當(dāng)改變CPSR標(biāo)志位和控制位，不要改變這些保留位。另外要確保程序的運(yùn)行不受保留位的值的影響。因?yàn)閷硖幚砥鏖_能會(huì)將這些位設(shè)置為1或0；

ARM9的異常處理
什么是異常：當(dāng)正常的程序被暫時(shí)停止時(shí)就是發(fā)生了異常；異常是由一個(gè)內(nèi)部或外部產(chǎn)生一個(gè)引起處理器處理的額外事件；

什么是異常向量（exception vectors）：
異常出現(xiàn)后，處理器強(qiáng)項(xiàng)從正常程序地址跳轉(zhuǎn)到異常程序所對(duì)應(yīng)的固定存儲(chǔ)器地址開始執(zhí)行程序，這些程序存儲(chǔ)器地址稱為異常向量；

ARM9體系支持其中異常處理

處理器一旦有復(fù)位信號(hào)輸入，ARM處理器就立即執(zhí)行當(dāng)前。復(fù)位后，ARM處理器在禁止中斷的管理模式下從地址0x00000000或0Xffff0000處開始執(zhí)行；

未定義指令異常
當(dāng)ARM處理器執(zhí)行協(xié)處理器指令時(shí)，需等任一外部協(xié)處理器應(yīng)答后，才能真正執(zhí)行這條指令。若協(xié)處理器沒有回應(yīng)，就會(huì)出現(xiàn)未定義指令異常。另外，試圖執(zhí)行未定義的指令也會(huì)出現(xiàn)未定義指令異常；

軟件中斷異常
軟件中斷異常指令SWI使處理器進(jìn)入管理模式，以請(qǐng)求特定的管理函數(shù)；

預(yù)取中止異常
存儲(chǔ)器系統(tǒng)發(fā)出存儲(chǔ)器中止信號(hào)（Abort）時(shí)，響應(yīng)取置激活的中止標(biāo)記所取的指令無效，茹處理器試圖執(zhí)行無效指令，則產(chǎn)生預(yù)約中止異常；茹指令未執(zhí)行，則不發(fā)生預(yù)約中止；

數(shù)據(jù)中止異常
存儲(chǔ)器發(fā)出存儲(chǔ)器中止信號(hào)，響應(yīng)數(shù)據(jù)中止標(biāo)記的數(shù)據(jù)無效。

IRQ（外部中斷請(qǐng)求）異常
通過處理器上的IRQ輸入引腳，由外部產(chǎn)生IRQ異常。IRQ異常的優(yōu)先級(jí)比FIQ異常的優(yōu)先級(jí)低，當(dāng)進(jìn)入FIQ處理時(shí)，會(huì)屏蔽IRQ異常；

FIQ（快速中斷請(qǐng)求）異常
通過FIQ上的輸入引腳，由外部產(chǎn)生FIQ異常；
異常優(yōu)先級(jí)

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的基于ARM9处理器的工作模式＆工作状态＆寄存器＆异常类型总结笔记的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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