ARM處理器工作模式實(shí)驗(yàn)

1、 ARM處理器工作模式實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?通過(guò)實(shí)驗(yàn)掌握學(xué)會(huì)使用MSR/MRS指令實(shí)現(xiàn)ARM處理器工作模式的切換，觀察不同模式下的寄存器，加深對(duì)CPU結(jié)構(gòu)的理解。 通過(guò)實(shí)驗(yàn)掌握l(shuí)d中如何使用命令行指定代碼段起始地址。 二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 硬件：PC機(jī)。 軟件：Embest IDE Pr0 2004集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，Windows 98/2000/NT/XP。 三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 通過(guò)ARM匯編指令，在各種處理器模式下切換并觀察各種模式下寄存器的區(qū)別。 掌握ARM不同模式的進(jìn)入與退出。 四、實(shí)驗(yàn)原理 1ARM處理器模式 ARM體系結(jié)構(gòu)支持表3-2所列的7種處理器模式。 在軟件控制下可以改變模式，外部中斷或異常處理

2、也可以引起模式發(fā)生改變。 大多數(shù)應(yīng)用程序在用戶模式下執(zhí)行。當(dāng)處理器工作在用戶模式時(shí)，正在執(zhí)行的程序不能訪問(wèn)某些被保護(hù)的系統(tǒng)資源，也不能改變模式，除非異常發(fā)生。這允許適當(dāng)編寫(xiě)操作系統(tǒng)來(lái)控制系統(tǒng)資源的使用。 除用戶模式外的其他模式稱為“特權(quán)模式”，它們可以自由地訪問(wèn)系統(tǒng)資源和改變模式。 其中的5種稱為“異常模式”，即FIQ(Fast Interrupt Request)、IRQ(lnterrupt Request)、管理(Supervisor)、中止(Abort)和未定義(Undefined)。 當(dāng)特定的異常出現(xiàn)時(shí)，進(jìn)入相應(yīng)的模式。每種模式都有某些附加的寄存器，以避免異常出現(xiàn)時(shí)用戶模式的狀態(tài)不可靠

3、。 剩下的模式是“系統(tǒng)模式”。僅ARM體系結(jié)構(gòu)V4以及以上的版本有該模式。不能由于任何異常而進(jìn)入該模式。它與用戶模式有完全相同的寄存器，但它是特權(quán)模式，不受用戶模式的限制。它供需要訪問(wèn)系統(tǒng)資源的操作系統(tǒng)任務(wù)使用，但希望避免使用與異常模式有關(guān)的附加寄存器。避免使用附加寄存器保證了當(dāng)任何異常出現(xiàn)時(shí)，都不會(huì)使任務(wù)的狀態(tài)不可靠。 2程序狀態(tài)寄存器 3.2節(jié)提到的程序狀態(tài)寄存器CPSR和SPSR包含了條件碼標(biāo)志、中斷禁止位、當(dāng) 前處理器模式以及其他狀態(tài)和控制信息。每種異常模式都有一個(gè)程序狀態(tài)保存寄存器SPSR。當(dāng)異常出現(xiàn)時(shí)，SPSR用于保留CPSR的狀態(tài)。 3本實(shí)驗(yàn)涉及到的Id命令行參數(shù) -Ttext

4、org 使用org作為輸出文件的text段的起始地址。org必須是十六進(jìn)制數(shù)。 實(shí)驗(yàn)操作步驟 (1)參考3.1節(jié)實(shí)驗(yàn)A的步驟(1)建立一個(gè)新的工程，命名為ARMMode。 (2)參考3.1節(jié)實(shí)驗(yàn)A的步驟(2)和實(shí)驗(yàn)參考程序編輯輸入源代碼。編輯完畢后，保存文件為ARMMode.s。 (3)選擇菜單項(xiàng)Project- Add To Project- Files，或在工程管理窗口右擊選擇快搪菜單命令，打開(kāi)文件選擇對(duì)話框，在工程目錄下選擇剛才建立的源文件ARMMode.s。 (4)參考3.1節(jié)實(shí)驗(yàn)A的步驟(4)進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置。 注意：在鏈接器設(shè)置選項(xiàng)卡的Link Options框內(nèi)，手動(dòng)加上“-Ttex

5、t Ox0”，即指定代碼段起始地址為Ox0，如圖3-8所示。 (5)參考3.1節(jié)實(shí)驗(yàn)A的步驟(5)生成目標(biāo)代碼。 (6)在調(diào)試設(shè)置選項(xiàng)卡中的Download address文本框內(nèi)，輸入的下載地址應(yīng)該與鏈接器設(shè)置中指定的代碼段起始地址相同，以保證程序能夠正常執(zhí)行，如圖3-9所示。 (7)選擇菜單項(xiàng)DebugRemote Connect連接軟件仿真器，執(zhí)行Download命令下載程序，并打開(kāi)寄存器窗口。 (8)單步執(zhí)行，觀察并記錄寄存器RO和CPSR值的變化，以及每次變化后執(zhí)行寄存器賦值后36個(gè)寄存器值的變化情況，尤其注意各個(gè)模式下R13和R14的值。 結(jié)合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和相關(guān)資料，觀察程序運(yùn)行，通過(guò)

6、實(shí)驗(yàn)加深理解ARM各種狀態(tài)下寄存器的使用。 理解和掌握試驗(yàn)后，完成實(shí)驗(yàn)練習(xí)題。 五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果 實(shí)驗(yàn)參考程序 .global _start .text _start: b Reset_Handler Undefined_Handler: b Undefined_Handler b SWI_Handler Prefetch_Handler: b Prefetch_Handler Abort_Handler: b Abort_Handler nop /* Reserved vector */ IRQ_Handler: b IRQ_Handler FIQ_Handler: b FIQ_Handler

7、SWI_Handler: mov pc, lr Reset_Handler: mrs r0,cpsr /* read CPSR value */ bic r0,r0,#0 x1f /* clear low 5 bit */ orr r0,r0,#0 x1f /* set the mode as System mode */ msr cpsr,r0 /* write the data into CPSR */ mov r0, #1 /* initialization the register in System mode */ mov r1, #2 mov r2, #3 mov r3, #4 m

8、ov r4, #5 mov r5, #6 mov r6, #7 mov r7, #8 mov r8, #9 mov r9, #10 mov r10, #11 mov r11, #12 mov r12, #13 mov r13, #14 mov r14, #15 /* into FIQ mode */ mrs r0,cpsr bic r0,r0,#0 x1f orr r0,r0,#0 x11 /* set the mode as FIQ mode */ msr cpsr,r0 mov r8, #16 /* initialization the register in FIQ mode */ mo

9、v r9, #17 mov r10, #18 mov r11, #19 mov r12, #20 mov r13, #21 mov r14, #22 /* into SVC mode */ mrs r0,cpsr bic r0,r0,#0 x1f orr r0,r0,#0 x13 /* set the mode as SVC mode */ msr cpsr,r0 mov r13, #23 /* initialization the register in SVC mode */ mov r14, #24 /* into Abort mode */ mrs r0,cpsr bic r0,r0,

10、#0 x1f orr r0,r0,#0 x17 /* set the mode as Abort mode */ msr cpsr,r0 mov r13, #25 /* initialization the register in Abort mode */ mov r14, #26 /* into IRQ mode */ mrs r0,cpsr bic r0,r0,#0 x1f orr r0,r0,#0 x12 /* set the mode as IRQ mode */ msr cpsr,r0 mov r13, #27 /* initialization the register in IRQ mode */ mov r14, #28 /* into UNDEF mode */ mrs r0,cpsr bic r0,r0,#0 x1f orr r0,r0,#0 x1b /* set the mode as UNDEF mode */ msr cpsr,r0 mov r13, #29 /* ini