ARM體系結(jié)構(gòu)與編程-第一章

ARM體系結(jié)構(gòu)與編程嵌入式教研室授課教師：岳洋email:haizhix@163.辦公電話：86223625

1ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!這門課主要講的內(nèi)容ARMAdvancedRISCMachine1、ARM基礎(chǔ)知識（第1章）2、ARM匯編（第2、3、4、8章）3、ARM存儲系統(tǒng)MMU（第5章）MemoryManagementUnit4、異常中斷處理（第9章）2ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!前言了解嵌入式系統(tǒng)概述1嵌入式系統(tǒng)簡介2嵌入式系統(tǒng)的定義3嵌入式系統(tǒng)的特點4嵌入式系統(tǒng)的組成5嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用3ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!嵌入式系統(tǒng)簡介嵌入式系統(tǒng)的歷史與現(xiàn)狀從1946年電子計算機的誕生，發(fā)展到今天，在許多場合要求將微型機嵌入到一個對象體系中，實現(xiàn)智能化控制。為了區(qū)別于通用計算機系統(tǒng)，把嵌入到對象體系中，實現(xiàn)智能化控制的計算機，稱作嵌入式計算機系統(tǒng)。4ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!2嵌入式系統(tǒng)的定義5ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用消費電子嵌入式應(yīng)用信息家電智能玩具軍事電子通信設(shè)備移動存貯工控設(shè)備智能儀表汽車電子網(wǎng)絡(luò)設(shè)備工業(yè)軍事國防電子商務(wù)網(wǎng)絡(luò)6ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!現(xiàn)實生活中的嵌入式系統(tǒng)實例辦公室環(huán)境7ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!現(xiàn)實生活中的嵌入式系統(tǒng)實例國防領(lǐng)域8ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!現(xiàn)實生活中的嵌入式系統(tǒng)實例航空領(lǐng)域9ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!第1章ARM概述及其基本編程模型10ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!1.1ARM簡介ARM公司簡介ARM是AdvancedRISCMachines的縮寫，它是英國一家微處理器行業(yè)的知名企業(yè)，該企業(yè)設(shè)計了大量高性能、廉價、耗能低的RISC處理器。RISC特點：精簡指令集執(zhí)行周期更短；硬件結(jié)構(gòu)簡單，配備大量寄存器，配合運算和操作；arm9采用哈佛結(jié)構(gòu)（數(shù)據(jù)總線和指令總線分離），使得指令操作和數(shù)據(jù)操作可同時進行，速度更快。公司的特點是只設(shè)計芯片，而不生產(chǎn)。它將技術(shù)授權(quán)給世界上許多著名的半導(dǎo)體、軟件和OEM廠商，并提供服務(wù)。11ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!1.1ARM簡介ARM有三種含義：一個公司的名稱；一類處理器的通稱；一種技術(shù)的名稱。ARM不是完整的單片機，它只是一個內(nèi)核。所謂以ARM為核的單片機，就是把ARM作為中央處理器（核），根據(jù)需要設(shè)計出：I/O口、功能模塊、外圍總線接口，用總線把幾部分和ARM核連接在一起，組成一個單片機。這個單片機由ARM核控制。12ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!1.1ARM簡介ARM體系結(jié)構(gòu)

ARM處理器為RISC（reduceinstructionsetputing)芯片，其簡單的結(jié)構(gòu)使ARM內(nèi)核非常小，這使得器件的功耗也非常低。它具有經(jīng)典而先進的RISC特點：數(shù)據(jù)處理操作絕大多數(shù)只針對寄存器（D觸發(fā)器結(jié)構(gòu)，在CPU內(nèi)部，離cpu最近，速度最快）的內(nèi)容，而不直接對存儲器（內(nèi)存和外存，在CPU外部，存儲器能夠保存的數(shù)據(jù)量大）進行操作；通過load/store指令在寄存器和存儲器之間傳遞數(shù)據(jù)。RISC處理器，速度更快，較x86處理器快60%，硬件結(jié)構(gòu)簡單。簡單的尋址模式;統(tǒng)一和固定長度的指令域(32位）簡化了指令的譯碼。具有大量的寄存器(37個)ARM體系還采用一些特別技術(shù)，見教材第2頁13ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!1.1ARM簡介各ARM體系結(jié)構(gòu)版本(這里主要指指令集）目前ARM公司定義了7種主要的ARM指令集體系結(jié)構(gòu)版本，以版本號V1～V7表示。擁有相同指令集版本的ARM芯片，雖然出自不同的生產(chǎn)廠商，但它們使用的指令和應(yīng)用軟件是相互兼容的。14ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!1.1ARM簡介各ARM體系結(jié)構(gòu)版本——V2同樣為26位尋址空間，如今現(xiàn)在已經(jīng)廢棄不再使用，它相對V1版本有以下改進：具有乘法和乘加指令；支持協(xié)處理器（專門用于進行輔助運算的芯片，其本身除了運算功能外沒有其他功能，因此不能獨立工作，必須和CPU一起工作（cp15特殊））；原子性（不可分割）加載/存儲指令SWP和SWPB（見備注）。15ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!1.1ARM簡介各ARM體系結(jié)構(gòu)版本——V4 目前大多使用的arm核，使用的是V4t，v5te版本，它相對V3版本作了以下的改進：增加了半字加載（LDRH）/存儲（STRH）指令；增加了字節(jié)（LDRSB/STRSB）和半字的加載和符號擴展指令（LDRSH/STRSH）；增加了T變種，具有可以轉(zhuǎn)換到Thumb狀態(tài)的指令；增加了新的特權(quán)處理器模式。16ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!1.1ARM簡介各ARM體系結(jié)構(gòu)版本——V6ARM體系版本6是2001年發(fā)布的。其主要特點是增加了SIMD(SingleInstructionMultipleData，單指令多數(shù)據(jù)流)（SIMD型的CPU中，指令譯碼后幾個執(zhí)行部件同時訪問內(nèi)存，一次性獲得所有操作數(shù)進行運算。）功能擴展。它適合使用電池供電的高性能的便攜式設(shè)備，便攜式設(shè)備一方面需要處理器提供高性能，另一方面又需要低功耗。ARM體系版本6首先在2002年春季發(fā)布的ARM11處理器中使用。17ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!1.1ARM簡介ARM處理器核簡介ARM公司開發(fā)了很多系列的ARM處理器核，目前最新的系列已經(jīng)是ARM11了，而ARM6核以及更早的系列已經(jīng)很罕見了。目前應(yīng)用比較廣泛的系列是：ARM7ARM9ARM9EARM10SecurCoreXscaleStrongARMARM11E18ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!1.1ARM簡介ARM處理器核簡介——ARM7特點低功耗0.9MIPS/MHz（mips指每秒百萬條指令）的3級流水線結(jié)構(gòu)32位ARM指令集和16位的Thumb指令集主頻最高可達130MIPS典型芯片ATMEL公司AT91M40800/55800A；Samsung公司的S3C44B0/4510B19ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!1.2ARM7TDMI簡介ARM7TDMI支持32位尋址范圍，使用了馮·諾依曼（VonNeumann）結(jié)構(gòu)，指令和數(shù)據(jù)共用一條32位總線。

ARM7TDMI的后綴意義為：支持高密度16位的Thumb指令集；支持片上調(diào)試；支持64位乘法；支持EmbededICE（調(diào)試接口）觀察硬件；ARM7TDMI20ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!1.1MIPS/MHz的哈佛結(jié)構(gòu)（程序代碼和數(shù)據(jù)的存儲空間分開,程序和數(shù)據(jù)存儲在不同的存儲空間中，有各自的程序總線和數(shù)據(jù)總線），5級流水線。32位ARM指令集和16位Thumb指令集全性能的MMU(存儲器管理單元），支持WindowsCE、Linux、uC/osⅡ等多種主流嵌入式操作系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)上，支持數(shù)據(jù)Cache和指令Cache，具有更高的指令和數(shù)據(jù)處理能力。1.1ARM簡介ARM處理器核簡介——ARM9特點

典型芯片

ATMEL公司AT91RM9200；

Samsung公司的S3C2410

S3C244021ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!支持DSP指令集，適合于需要高速數(shù)字信號處理的場合。6級流水線，指令執(zhí)行效率更高。支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。支持64位的高速AMBA總線接口。支持VFP10浮點處理協(xié)處理器。全性能的MMU，支持WindowsCE、Linux、PalmOS等多種主流嵌入式操作系統(tǒng)。支持數(shù)據(jù)Cache和指令Cache，具有更高的指令和數(shù)據(jù)處理能力主頻最高可達400MIPS。內(nèi)嵌并行讀/寫操作部件。1.1ARM簡介ARM處理器核簡介——ARM10特點22ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!1.1ARM簡介ARM處理器核簡介——SecureCore該系列處理器主要針對新興的安全市場，以一種全新的安全處理器設(shè)計為智能卡和其它安全IC（集成電路）開發(fā)提供獨特的32位系統(tǒng)設(shè)計，并具有特定反偽造方法，從而有助于防止對硬件和軟件的盜版。23ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!Xscale蘋果iPhone手機24ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!第1章目錄8.異常9.復(fù)位10.存儲器及存儲器映射I/O11.尋址方式簡介12.ARM7指令簡介13.協(xié)處理器接口14.調(diào)試接口簡介1.簡介2.ARM7三級流水線3.處理器狀態(tài)4.處理器模式5.內(nèi)部寄存器6.程序狀態(tài)寄存器7.體系結(jié)構(gòu)直接支持的數(shù)據(jù)類型25ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!取指譯碼執(zhí)行從程序存儲器中取出指令送到處理器內(nèi)核指令譯碼(指明處理器的操作）執(zhí)行這些操作取指譯碼執(zhí)行取指譯碼執(zhí)行取指譯碼執(zhí)行t指令指令1指令2指令33級流水線功能段劃分PC為某個正在取址指令所在的地址，確切地說是該指令最低字節(jié)的地址。PC指針？PC－8指令1指令2指令3PC指針-->取指譯碼執(zhí)行PC－4PC-4-->PC-8-->高地址低地址26ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!第1章目錄1.簡介2.ARM7三級流水線3.處理器狀態(tài)4.處理器模式5.內(nèi)部寄存器6.程序狀態(tài)寄存器7.體系結(jié)構(gòu)直接支持的數(shù)據(jù)類型8.異常9.復(fù)位10.存儲器及存儲器映射I/O11.尋址方式簡介12.ARM7指令簡介13.協(xié)處理器接口14.調(diào)試接口簡介27ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁!第1章目錄8.異常9.復(fù)位10.存儲器及存儲器映射I/O11.尋址方式簡介12.ARM7指令簡介13.協(xié)處理器接口14.調(diào)試接口簡介1.簡介2.ARM7三級流水線3.處理器狀態(tài)4.處理器模式5.內(nèi)部寄存器6.程序狀態(tài)寄存器7.體系結(jié)構(gòu)直接支持的數(shù)據(jù)類型28ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁!處理器模式說明備注用戶(usr)user正常程序工作模式不能直接切換到其它模式，可以通過異常切換，如irq（被動），swi指令（主動）系統(tǒng)(sys)system用于支持操作系統(tǒng)與用戶模式類似，但具有可以直接切換到其它模式等特權(quán)，直接設(shè)置CPSR寄存器進行切換。快速中斷(fiq)fastinterruptrequest支持高速數(shù)據(jù)傳輸及通道處理FIQ異常響應(yīng)時（引腳低電平有效）進入此模式中斷(irq)interruptrequest用于通用中斷處理引腳低電平有效，IRQ異常響應(yīng)時進入此模式管理(svc)supervisor操作系統(tǒng)使用的保護模式（復(fù)位后執(zhí)行bootloader，可以設(shè)置引導(dǎo)某個操作系統(tǒng)）系統(tǒng)復(fù)位和軟件中斷（執(zhí)行SWI指令）響應(yīng)時進入此模式數(shù)據(jù)訪問中止(abt)abort用于支持虛擬存儲或存儲器保護當存取異常時進入此模式未定義(und)undefined支持軟件仿真硬件的協(xié)處理器執(zhí)行未定義指令時，會將該指令送到協(xié)處理器，如果協(xié)處理器都處理不了該指令，就產(chǎn)生未定義指令異常中斷，進入此模式1.4處理器模式29ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁!1.4處理器模式異常模式處理器模式說明備注用戶(usr)正常程序工作模式不能直接切換到其它模式系統(tǒng)(sys)用于支持操作系統(tǒng)的特權(quán)任務(wù)等與用戶模式類似，但具有可以直接切換到其它模式等特權(quán)快中斷(fiq)支持高速數(shù)據(jù)傳輸及通道處理FIQ異常響應(yīng)時進入此模式中斷(irq)用于通用中斷處理IRQ異常響應(yīng)時進入此模式管理(svc)操作系統(tǒng)保護代碼系統(tǒng)復(fù)位和軟件中斷響應(yīng)時進入此模式中止(abt)用于支持虛擬內(nèi)存和/或存儲器保護在ARM7TDMI沒有大用處未定義(und)支持硬件協(xié)處理器的軟件仿真未定義指令異常響應(yīng)時進入此模式未定義(und)中止(abt)管理(svc)中斷(irq)快中斷(fiq)這五種模式稱為異常模式。它們除了可以通過程序(修改CPSR）切換進入外，也可以由特定的異常進入。當特定的異常出現(xiàn)時，處理器進入相應(yīng)的模式。每種異常模式都有一些獨立的寄存器，供異常處理使用。30ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁!章目錄8.異常9.復(fù)位10.存儲器及存儲器映射I/O11.尋址方式簡介12.ARM7指令簡介13.協(xié)處理器接口14.調(diào)試接口簡介1.簡介2.ARM7三級流水線3.處理器狀態(tài)4.處理器模式5.內(nèi)部寄存器6.程序狀態(tài)寄存器7.體系結(jié)構(gòu)直接支持的數(shù)據(jù)類型31ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁!寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實際訪問的寄存器用戶系統(tǒng)管理中止未定義中斷快中斷通用寄存器和程序計數(shù)器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)StackPointerR13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)LinkRegisterR14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)ProgramCounterR15狀態(tài)寄存器CPSRCurrentProgramStatusRegisterCPSRSPSRSavedProgramStatusRegister無SPSR_svcSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq32ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁!寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實際訪問的寄存器用戶系統(tǒng)管理中止未定義中斷快中斷通用寄存器和程序計數(shù)器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無SPSR_svcSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq無CPSRR15R14R13R12R11R10R9R8R7R6R5R4R3R2R1R0用戶無CPSRR15R14R13R12R11R10R9R8R7R6R5R4R3R2R1R0系統(tǒng)SPSR_svcCPSRR15R14_svcR13_svcR12R11R10R9R8R7R6R5R4R3R2R1R0管理SPSR_abtCPSRR15R14_abtR13_abtR12R11R10R9R8R7R6R5R4R3R2R1R0中止SPSR_undCPSRR15R14_undR13_undR12R11R10R9R8R7R6R5R4R3R2R1R0未定義SPSR_irqCPSRR15R14_irqR13_irqR12R11R10R9R8R7R6R5R4R3R2R1R0中斷SPSR_fiqCPSRR15R14_fiqR13_fiqR12_fiqR11_fiqR10_fiqR9_fiqR8_fiqR7R6R5R4R3R2R1R0快中斷ARM狀態(tài)各模式下可以訪問的寄存器33ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁!寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實際訪問的寄存器用戶系統(tǒng)管理中止未定義中斷快中斷通用寄存器和程序計數(shù)器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無SPSR_svcSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq一般的通用寄存器R13_fiqR13_irqR13_undR13_abtR13_svcR13R12_fiqR12R11_fiqR11R10_fiqR10R9_fiqR9R8_fiqR8R7R6R5R4R3R2R1R0R7R6R5R4R3R2R1R0其中R0～R7為未分組（未備份）的寄存器，對于任何處理器模式，都使用相同的同一組物理寄存器。34ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁!寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實際訪問的寄存器用戶系統(tǒng)管理中止未定義中斷快中斷通用寄存器和程序計數(shù)器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無SPSR_svcSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq一般的通用寄存器R12_fiqR12R11_fiqR11R10_fiqR10R9_fiqR9R8_fiqR8

寄存器R8～R12有兩個分組的物理寄存器。一個用于除FIQ模式之外的所有模式，另一個用于FIQ模式。這樣在發(fā)生FIQ中斷后，可以不必執(zhí)行保存和恢復(fù)（R8-R12）的指令，從而加速FIQ的處理速度。35ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第35頁!寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實際訪問的寄存器用戶系統(tǒng)管理中止未定義中斷快中斷通用寄存器和程序計數(shù)器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無SPSR_svcSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq堆棧指針寄存器R13（SP）寄存器R13常作為堆棧指針（SPStackPointer）。在ARM指令集當中，使用R13作為棧指針，只是習(xí)慣的用法。但是在Thumb指令集中存在指令強制地使用R13作為堆棧指針。36ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第36頁!寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實際訪問的寄存器用戶系統(tǒng)管理中止未定義中斷快中斷通用寄存器和程序計數(shù)器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無SPSR_svcSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq鏈接寄存器R14（LR）R14為鏈接寄存器（LRLinkRegister），有兩個功能：每一種模式自己的R14中,存放當前子程序返回地址；當發(fā)生異常中斷時，該模式的R14存放異常中斷的返回地址。37ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第37頁!1.5內(nèi)部寄存器R14寄存器引申

在出現(xiàn)子程序的嵌套或中斷的嵌套時，R14保存的是最后一次調(diào)用的返回地址。38ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第38頁!1.5內(nèi)部寄存器R14寄存器注意要點R14R14_irq用戶模式下的程序第一次IRQ的程序AaB...XA返回用戶模式地址1.執(zhí)行用戶模式下的程序；2.發(fā)生IRQ中斷，硬件將某個地址存入IRQ模式下的R14_irq寄存器，用戶模式下的R14沒有被破壞；3.IRQ服務(wù)程序A執(zhí)行完畢，將R14_irq寄存器的內(nèi)容減去某個常量后存入PC，返回之前被中斷的程序；未被使用第二次IRQ程序BareturnB...XA返回到次IRQ4.如果在次IRQ處理程序中，再次發(fā)生第二次IRQ中斷（或調(diào)用子程序）；5.硬件將返回次irq的地址保存在R14_irq寄存器中，原來保存的返回用戶模式的地址將被覆蓋；被破壞6.這樣，在程序B返回到程序A，程序A將不能正確返回到用戶模式returnreturn解決辦法：在允許第二次irq中斷(子程序調(diào)用)之前,將R14_irq保存到某個寄存器或堆棧(如R1,保存返回用戶模式的地址），然后再開中斷。在程序A返回時，使用movpc,r139ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第39頁!1.5內(nèi)部寄存器寫R15正常操作時，寫入R15（PC）的值被當作一個指令地址，程序從這個地址處繼續(xù)執(zhí)行（相當于執(zhí)行一次無條件跳轉(zhuǎn)）。LDRPC,=START ;跳轉(zhuǎn)到START地址標號的指令處MOVPC，LR ;跳轉(zhuǎn)到LR指向的位置

40ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第40頁!1.5內(nèi)部寄存器讀R15的限制需要注意，當使用STR或STM（批量存儲）指令保存R15時，會有一個例外，這些指令可能將當前指令地址加8或加12保存（將來可能還有其它數(shù)字）。偏移量是8還是12取決于具體的ARM芯片，但是對于一個確定的芯片，這個值是一個常量。所以最好避免使用STR和STM指令來保存R15，如果很難做到，那么應(yīng)當在程序中計算出該芯片的偏移量。41ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第41頁!1.5內(nèi)部寄存器寫R15的限制由于ARM指令以字為邊界，因此寫入R15的值最低兩位通常為0b00。具體的規(guī)則取決于內(nèi)核結(jié)構(gòu)的版本：在ARM結(jié)構(gòu)V3版及以下版本中，寫入R15的值的最低兩位被忽略，跳轉(zhuǎn)地址由指令的實際目標地址（寫入R15的值）和0xFFFFFFFC相與得到；在ARM結(jié)構(gòu)V4版及以上版本中，寫入R15的值的最低兩位為0，如果不是，結(jié)果將不可預(yù)測，發(fā)生指令預(yù)取中止中斷。42ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第42頁!不同指令版本的對齊處理在ARMv4和ARMv7中，ARM體系結(jié)構(gòu)所支持的數(shù)據(jù)對齊行為有明顯不同。 ARMv7支持未對齊數(shù)據(jù)訪問。可以使用CP15寄存器c1中的

A

位控制加載和存儲指令的對齊要求。(174頁表5.12)43ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第43頁!寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實際訪問的寄存器用戶系統(tǒng)管理中止未定義中斷快中斷通用寄存器和程序計數(shù)器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無SPSR_abtSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq程序狀態(tài)寄存器CPSR

CPSR(CurrentProgramStatusRegister)當前程序狀態(tài)寄存器SPSR（SavedProgramStatusRegister）程序狀態(tài)保存寄存器

每種異常都有自己的SPSR(由于用戶模式和系統(tǒng)模式不是異常模式，所以它們沒有SPSR)，當異常發(fā)生時SPSR保存CPSR的當前值，這樣異常退出時可通過SPSR恢復(fù)CPSR。44ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第44頁!NZCVQ—IM0M1M2M3M4TF—...3130292827268765432101.6程序狀態(tài)寄存器簡介條件代碼標志保留控制位溢出標志進位或借位擴展零符號標志位IRQ禁止FIQ禁止狀態(tài)位模式位NZCVIM0M1M2M3M4TFCPSR寄存器的格式45ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第45頁!1.6程序狀態(tài)寄存器ARM指令集——條件碼C代碼：If(a>b) a++;Else b++;對應(yīng)的匯編代碼：CMP R0,R1 ;R0與R1比較（減法）ADDHI R0,R0,#1;若R0>R1，則R0=R0+1ADDLS R1,R1,#1;若R0≤R1，則R1=R1+1示例：比較兩個值大小，并進行相應(yīng)自加1處理HI

Higher（C=1且Z=0）LS

LowerorSame（C=0或Z=1）46ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第46頁!1.6程序狀態(tài)寄存器簡介

每個異常模式還帶有一個程序狀態(tài)保存寄存器（SPSR），它用于保存在異常事件發(fā)生之前的CPSR。對CPSR和SPSR可以通過特殊指令（MSR）進行寫入。注意：如果通過程序修改CPSR寄存器中的模式位bit[4:0]進入異常模式，那么硬件將不會把CPSR保存至SPSR中，而通過異常發(fā)生進入時硬件會自動將CPSR放入SPSR。47ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第47頁!章目錄8.異常9.復(fù)位10.存儲器及存儲器映射I/O11.尋址方式簡介12.ARM7指令簡介13.協(xié)處理器接口14.調(diào)試接口簡介1.簡介2.ARM7三級流水線3.處理器狀態(tài)4.處理器模式5.內(nèi)部寄存器6.程序狀態(tài)寄存器7.體系結(jié)構(gòu)直接支持的數(shù)據(jù)類型48ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第48頁!ARM體系結(jié)構(gòu)的存儲器格式（1）

大端格式（BigEndian)字數(shù)據(jù)的高字節(jié)存儲在低地址中，而字數(shù)據(jù)的低字節(jié)則存放在高地址中。

小端格式(LittleEndian)字數(shù)據(jù)的高字節(jié)存儲在高地址中，而字數(shù)據(jù)的低字節(jié)則存放在低地址中。ARM缺省設(shè)置是小端格式（設(shè)置cp15中的c1bit[7]可選擇）1.7體系結(jié)構(gòu)直接支持的數(shù)據(jù)類型49ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第49頁!1.10存儲器及存儲器映射I/O存儲器格式地址空間的規(guī)則：位于地址A的字包含的字節(jié)位于地址A,A+1,A+2和A+3；位于地址A的半字包含的字節(jié)位于地址A和A+1；位于地址A+2的半字包含的字節(jié)位于地址A+2和A+3；位于地址A的字包含的半字位于地址A和A+2；

字節(jié)字節(jié)字節(jié)字節(jié)地址AA+1A+2A+3半字半字字50ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第50頁!

ARM結(jié)構(gòu)通常希望所有的存儲器訪問都合理的對齊。

字訪問的地址通常是字對齊的(一條ARM指令占一個字，也就要求字對齊），而半字訪問使用的地址是半字對齊的。不按這種方式對齊的存儲器訪問稱為非對齊的存儲器訪問。1.10ARM存儲器系統(tǒng)非對齊的存儲訪問操作51ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第51頁!

非對齊的數(shù)據(jù)訪問操作對于load/store（加載/存儲）操作，如果是非對齊的數(shù)據(jù)訪問操作，系統(tǒng)定義了下面3種可能結(jié)果：執(zhí)行的結(jié)果不可預(yù)知忽略字單元地址的低兩位的值，即訪問地址為（addressand0xfffffffc)的字單元；忽略半字單元地址的最低位的值，即訪問地址為（addressand0xfffffffe)的半字單元若系統(tǒng)指定由存儲系統(tǒng)實現(xiàn)忽略字單元地址的低兩位的值，則該地址值原封不動地送到存儲系統(tǒng)（讓存儲系統(tǒng)自己去處理）。1.10ARM存儲器系統(tǒng)52ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第52頁!?????????內(nèi)核流水性執(zhí)行譯碼預(yù)取LDR R0,AddInstrSTR R0,NextInstrNextInstrSUBR1,R1,#1...AddInstrADDR1,R1,#1(1)(2)(4)(3)

自修改代碼指的是代碼在執(zhí)行過程中可能修改自身。在存儲器中的指令可能在它被預(yù)取之后，被執(zhí)行之前，如果有數(shù)據(jù)訪問指令修改了位于主存中的該指令，這時被預(yù)取的指令和主存中對應(yīng)的指令不同。 對于支持指令預(yù)取的ARM系統(tǒng)，自修改代碼可能帶來潛在的問題：LDRR0,AddInstrSTRR0,NextInstrLDRR0,AddInstrSTRR0,NextInstrLDRR0,AddInstrSUBR1,R1,#11.從地址（1）預(yù)取指；2.從地址（2）預(yù)取指，“LDR”指令進入譯碼階段；3.從地址（3）預(yù)取指，“STR”指令進入譯碼階段，同時“LDR”指令進入執(zhí)行階段，結(jié)果是將地址（4）的指令裝入R0；4.繼續(xù)預(yù)取指，同時“STR”指令進入執(zhí)行階段，結(jié)果是將“ADD”指令存入地址（3），“SUB”指令被覆蓋；5.雖然“SUB”指令在存儲器中被覆蓋，但是它仍存在于流水線上，并進入執(zhí)行階段；ADDR1,R1,#1(3)SUBR1,R1,#1STRR0,NextInstr??????SUBR1,R1,#1???1.10ARM存儲器系統(tǒng)53ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第53頁!ARM處理器的高級調(diào)試特性使應(yīng)用程序、操作系統(tǒng)和硬件的開發(fā)變得更加容易。1.14調(diào)試接口簡介典型調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試主機：一臺運行調(diào)試軟件的計算機。協(xié)議轉(zhuǎn)換器：將調(diào)試主機發(fā)出的高級命令轉(zhuǎn)換到處理器JTAG接口的低級命令。調(diào)試目標：具體的硬件目標板。54ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第54頁!嵌入式系統(tǒng)組成ESOFTWARE嵌入式軟件嵌入式操作系統(tǒng)處理器（內(nèi)核）單片機ARMPowerPCDSP—嵌入式微處理器配置硬件，補平硬件差異，為軟件搭建平臺如linux、winceuc-os2提供功能應(yīng)用55ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第55頁!嵌入式系統(tǒng)簡介現(xiàn)代計算機技術(shù)的兩大分支計算機進入了通用計算機與嵌入式計算機兩大分支并行發(fā)展時代。通用計算機側(cè)重的發(fā)展方向：高速、海量的數(shù)值計算、總線速度提升，擴大存儲容量。嵌入式計算機對體積、功耗、功能、可靠性、專用性有較高要求。56ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第56頁!嵌入式系統(tǒng)的定義參考IEEE（國際電氣和電子工程師協(xié)會）的定義：

嵌入式系統(tǒng):“用于控制、監(jiān)視或者輔助操作機器和設(shè)備的裝置”嵌入式系統(tǒng)：以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、面向應(yīng)用，對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。57ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第57頁!現(xiàn)實生活中的嵌入式系統(tǒng)實例家庭環(huán)境58ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第58頁!現(xiàn)實生活中的嵌入式系統(tǒng)實例工業(yè)自動化領(lǐng)域59ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第59頁!現(xiàn)實生活中的嵌入式系統(tǒng)實例交通領(lǐng)域60ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第60頁!現(xiàn)實生活中的嵌入式系統(tǒng)實例醫(yī)療系統(tǒng)61ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第61頁!第1章目錄8.異常9.復(fù)位10.存儲器及存儲器映射I/O11.尋址方式簡介12.ARM7指令簡介13.協(xié)處理器接口14.調(diào)試接口簡介1.簡介2.ARM7三級流水線3.處理器狀態(tài)4.處理器模式5.內(nèi)部寄存器6.程序狀態(tài)寄存器7.體系結(jié)構(gòu)直接支持的數(shù)據(jù)類型62ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第62頁!1.1ARM簡介ARM公司簡介將技術(shù)授權(quán)給芯片廠商形成各具特色的ARM芯片...63ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第63頁!1.1ARM簡介在學(xué)習(xí)單片機時，結(jié)構(gòu)相對簡單，會較快的涉及定時器/計數(shù)器、串口、I/O引腳的使用。學(xué)習(xí)ARM核時，同樣也是對寄存器的設(shè)置（匯編指令、c語言）來控制ARM核、I/O管腳、功能模塊，實現(xiàn)功能。ARM與單片機學(xué)習(xí)過程有許多相識的地方。很多外圍電路適用ARM也適用于單片機。學(xué)會ARM核以后，就大致掌握了所有以ARM為核的單片機。無論這個單片機結(jié)構(gòu)多么復(fù)雜，功能多么強大，也無論它來自哪個廠家。64ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第64頁!1、在同一條數(shù)據(jù)處理指令中包含算術(shù)邏輯處理和移位處理。如：ADDR0,R1,R1,LSL#3;R0=R1+R1*82、使用地址自動增加（減少）來優(yōu)化程序中的循環(huán)。如：LDRR0,[R1]#4;先R0[R1]，然后自動使R1+43、Load/Store指令可以批量傳輸數(shù)據(jù)，效率很高。一條指令就可以完成入?；虺鰲２僮鳌Ｈ纾篠TMFDR13,{R4-R6};將R4-R6的內(nèi)容放入以R13為?；返倪B續(xù)3個單元中4、所有指令都可以根據(jù)前面指令的執(zhí)行結(jié)果，決定是否執(zhí)行。如：CMPR2,R3;R2與R3相等跳到loop，不等則執(zhí)行MOVR1,R0語句BEQloopMOVR1,R065ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第65頁!1.1ARM簡介各ARM體系結(jié)構(gòu)版本——V1該版本的ARM體系結(jié)構(gòu)，只有26位的尋址空間，如今現(xiàn)在已經(jīng)廢棄不再使用，沒有商業(yè)化，其特點為：基本的數(shù)據(jù)處理指令(加，減，與，或，非，比較）（這個版本不包括乘法）；字節(jié)、字和半字加載/存儲指令；具有分支指令，包括在子程序調(diào)用中使用的分支和鏈接指令；在操作系統(tǒng)調(diào)用中使用的軟件中斷指令（SWI）。66ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第66頁!1.1ARM簡介各ARM體系結(jié)構(gòu)版本——V3

尋址范圍擴展到32位：增加了程序狀態(tài)保護寄存器SPSR；增加了兩種處理器模式（ARM和THUMB）；修改了v3以前用于異常返回指令的功能；教材有更詳細的介紹67ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第67頁!1.1ARM簡介各ARM體系結(jié)構(gòu)版本——V5在V4版本的基礎(chǔ)上，對現(xiàn)在指令的定義進行了必要的修正，對V4版本的體系結(jié)構(gòu)進行了擴展并增加了指令，對數(shù)字信號處理

(DSP)算法提供增強算法支持,具體如下：改進了ARM/Thumb狀態(tài)之間的切換效率；允許T變種（支持Thumb指令集）和非T變種一樣，使用相同的代碼生成技術(shù)；增加前導(dǎo)零計數(shù)(最高有效位前0的個數(shù)）指令CLZ和軟件斷點指令BKPT；對乘法指令如何設(shè)置標志作了嚴格的定義。68ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第68頁!1.1ARM簡介各ARM體系結(jié)構(gòu)版本——V7V7A----應(yīng)用程序架構(gòu)通過多模式和對基于MMU的虛擬內(nèi)存系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的支持，實現(xiàn)傳統(tǒng)ARM體系結(jié)構(gòu)。

V7B----實時架構(gòu)通過多模式和對基于MPU(根據(jù)所處模式的訪問權(quán)限保護內(nèi)存)的受保護內(nèi)存系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的支持。V7M----通過寄存器硬件堆棧以及對使用高級語言寫入中斷處理程序的支持，微控制器架構(gòu)實現(xiàn)了專為快速中斷處理而設(shè)計的程序員模型。

69ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第69頁!1.1ARM簡介ARM處理器核簡介——ARM7該系列包括ARM7TDMI和擴充了Jazelle（Java加速器）的ARM7EJ-S等等。高檔的單片機，除了ARM720T外，都缺少mmu（memorymanagementunit)不能運行真正的操作系統(tǒng)。ARM7系列廣泛應(yīng)用于多媒體和嵌入式設(shè)備，包括Internet設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和調(diào)制解調(diào)器設(shè)備，以及移動電話、PDA等無線設(shè)備。70ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第70頁!1.2ARM7簡介ARM7基于ARM體系結(jié)構(gòu)V4版本，是目前低端的ARM核。具有廣泛的應(yīng)用，其最顯著的應(yīng)用為數(shù)字移動電話。注意：“ARM核”并不是芯片，ARM核與其它部件如RAM、ROM、片內(nèi)外設(shè)、GPIO（GeneralPurposeI/O通用的輸入輸出端口）組合在一起才能構(gòu)成現(xiàn)實的芯片。71ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第71頁!1.1ARM簡介ARM處理器核簡介——ARM9該系列包括ARM9TDMI、ARM920T、ARM940T。除了兼容ARM7系列，而且能夠更加靈活的設(shè)計。ARM9系列主要應(yīng)用于無線通信、儀器儀表、安全系統(tǒng)和機頂盒等領(lǐng)域。72ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第72頁!1.1ARM簡介ARM處理器核簡介——ARM10該系列包括ARM1020E和ARM1022E處理器核，其核心在于使用向量浮點（VFP）單元VFP10提供高性能的浮點解決方案，從而極大提高了處理器的整型和浮點運算性能?？梢杂糜谝曨l游戲機和高性能打印機等場合。73ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第73頁!

ARM公司在2003年4月29日宣布了其下一代ARM架構(gòu)的CPU－ARM11（又名Jaguar美洲虎），基于ARM11的微處理器具有更強的性能，尤其是多媒體處理能力。ARM11微處理器采用0.13微米工藝，低端產(chǎn)品運行在350MHz～500MHz，高端產(chǎn)品運行在533～750MHz，如果將加工工藝減小到0.10微米，那么芯片速度將達1GHz。1.1ARM簡介ARM處理器核簡介——ARM11E74ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第74頁!1.1ARM簡介ARM處理器核簡介——XscaleIntelXscale微控制器(ARMv5TE)"核",操作系統(tǒng)包括linux,WindowsCE,SymbianOS,和其他一些RTOS.提供全性能、高性價比、低功耗的解決方案，支持16位Thumb指令并集成數(shù)字信號處理（DSP）指令。

Xscale處理器是Intel目前主要推廣的一款A(yù)RM微處理器。 典型芯片：

PXA250/255/270/27275ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第75頁!ARM體系結(jié)構(gòu)更新76ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第76頁!1.2ARM7流水線技術(shù)三級流水線

有一種方法可以明顯改善硬件資源的使用率和處理器的吞吐量，這就是當前一條指令結(jié)束之前就開始后面的指令，就是通常所說的流水線技術(shù)。這樣可使幾個操作同時進行。ARM7的流水線分3級，分別為：取指譯碼執(zhí)行77ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第77頁!1.2ARM7三級流水線技術(shù)雖然ARM9和ARM10為5、6級流水線（流水線級數(shù)越多，說明單位時間內(nèi)執(zhí)行的指令條數(shù)可能就越多），但它們都使用了與ARM7相同的流水線機制（它們完全仿真3級流水線的行為），因此ARM7上的代碼也可以在ARM9和ARM10上運行。78ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第78頁!1.7處理器狀態(tài)處理器狀態(tài)ARM處理器有兩種操作狀態(tài)：ARM狀態(tài)：執(zhí)行32位的ARM指令Thumb狀態(tài)：16位Thumb指令79ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第79頁!1.4處理器模式簡介ARM體系結(jié)構(gòu)支持7種處理器模式，分別為：用戶模式（usr）、快中斷模式（fiq）、中斷模式（irq）、管理模式（svc）、中止模式（abt）、未定義模式（und）、系統(tǒng)模式（sys）。如下表所示。80ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第80頁!1.4處理器模式特權(quán)模式處理器模式說明備注用戶(usr)正常程序工作模式不能直接切換到其它模式系統(tǒng)(sys)用于支持操作系統(tǒng)的特權(quán)任務(wù)等與用戶模式類似，但具有可以直接切換到其它模式等特權(quán)快中斷(fiq)支持高速數(shù)據(jù)傳輸及通道處理FIQ異常響應(yīng)時進入此模式中斷(irq)用于通用中斷處理IRQ異常響應(yīng)時進入此模式管理(svc)操作系統(tǒng)保護代碼系統(tǒng)復(fù)位和軟件中斷響應(yīng)時進入此模式中止(abt)用于支持虛擬內(nèi)存和/或存儲器保護在ARM7TDMI沒有大用處(因為無mmu)未定義(und)支持硬件協(xié)處理器的軟件仿真未定義指令異常響應(yīng)時進入此模式

除用戶模式外，其它6種模式均為特權(quán)模式。特權(quán)模式下，可以訪問所有系統(tǒng)資源。此外，特權(quán)模式可以自由的切換處理器模式，而用戶模式不能直接切換到別的模式，當用戶模式需要進行處理器模式切換時，應(yīng)用程序可以產(chǎn)生異常處理，如irq（被動），swi指令（主動）,在異常處理過程中進行處理模式的切換。未定義(und)中止(abt)管理(svc)中斷(irq)快中斷(fiq)系統(tǒng)(sys)81ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第81頁!1.4處理器模式用戶和系統(tǒng)模式處理器模式說明備注用戶(usr)正常程序工作模式不能直接切換到其它模式系統(tǒng)(sys)用于支持操作系統(tǒng)的特權(quán)任務(wù)等與用戶模式類似，但具有可以直接切換到其它模式等特權(quán)快中斷(fiq)支持高速數(shù)據(jù)傳輸及通道處理FIQ異常響應(yīng)時進入此模式中斷(irq)用于通用中斷處理IRQ異常響應(yīng)時進入此模式管理(svc)操作系統(tǒng)保護代碼系統(tǒng)復(fù)位和軟件中斷(swi)響應(yīng)時進入此模式中止(abt)用于支持虛擬內(nèi)存和/或存儲器保護在ARM7TDMI沒有大用處,(無mmu)未定義(und)支持硬件協(xié)處理器的軟件仿真未定義指令異常響應(yīng)時進入此模式這兩種模式使用完全相同的寄存器組。系統(tǒng)模式是特權(quán)模式，該模式為操作系統(tǒng)提供可以訪問所有資源的權(quán)限，并可以通過指令(mrs/msr)對CPSR設(shè)置，直接進行模式切換。系統(tǒng)(sys)用戶(usr)82ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第82頁!1.5內(nèi)部寄存器簡介在ARM處理器內(nèi)部有37個用戶可見的通用寄存器。在不同的工作模式和處理器狀態(tài)下，程序員可以訪問的寄存器也不同。83ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第83頁!寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實際訪問的寄存器用戶系統(tǒng)管理中止未定義中斷快中斷通用寄存器和程序計數(shù)器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無SPSR_svcSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiqARM狀態(tài)各模式下的寄存器SPSR_fiqSPSR_irqSPSR_undSPSR_abtSPSR_svcCPSRR15R14_fiqR14_irqR14_undR14_abtR14_svcR14R13_fiqR13_irqR13_undR13_abtR13_svcR13R12_fiq R12R11_fiq R11R10_fiq R10R9_fiq R9R8_fiq R8 R7 R6 R5 R4 R3 R2 R1 R0所有的37個寄存器，分成兩大類：綠色區(qū)：31個通用寄存器，每個32位。黃色區(qū)：6個狀態(tài)寄存器，每個32位，但目前僅使用其中12位。84ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第84頁!寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實際訪問的寄存器用戶系統(tǒng)管理中止未定義中斷快中斷通用寄存器和程序計數(shù)器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15（即PC）狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無SPSR_svcSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq一般的通用寄存器R13_fiqR13_irqR13_undR13_abtR13_svcR13R12_fiqR12R11_fiqR11R10_fiqR10R9_fiqR9R8_fiqR8R7R6R5R4R3R2R1R0寄存器R0～R15為保存數(shù)據(jù)或地址值的通用寄存器。85ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第85頁!寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實際訪問的寄存器用戶系統(tǒng)管理中止未定義中斷快中斷通用寄存器和程序計數(shù)器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15（即PC）狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無SPSR_svcSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq一般的通用寄存器R14_fiqR14_irqR14_undR14_abtR14_svcR14R13_fiqR13_irqR13_undR13_abtR13_svcR13R12_fiqR12R11_fiqR11R10_fiqR10R9_fiqR9R8_fiqR8寄存器R8～R14為分組（備份）寄存器。它們所對應(yīng)的物理寄存器取決于當前的處理器模式。不同模式下寄存器的使用，要使用寄存器后綴加以區(qū)分。86ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第86頁!寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實際訪問的寄存器用戶系統(tǒng)管理中止未定義中斷快中斷通用寄存器和程序計數(shù)器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無SPSR_svcSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq一般的通用寄存器寄存器R13、R14分別有6個分組的物理寄存器。1個用于用戶和系統(tǒng)模式，其余5個分別用于5種異常模式。不同模式下寄存器的使用，要使用寄存器后綴加以區(qū)分。R14_fiqR14_irqR14_undR14_abtR14_svcR14R13_fiqR13_irqR13_undR13_abtR13_svcR1387ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第87頁!1.5內(nèi)部寄存器R13寄存器每一種異常模式擁有自己的R13_<mode>。應(yīng)先初始化好各模式的R13_<mode>，以便異常發(fā)生時，供各模式使用。其中<mode>為下面幾種模式之一：svc、abt、und、irq、fiq88ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第88頁!Lable程序A程序BR141.5內(nèi)部寄存器R14寄存器與子程序調(diào)用BLLable地址A???MOVPC,R14R14<-地址ALable???1.程序A執(zhí)行到BLLable語句時，將調(diào)用程序B；操作流程2.程序跳轉(zhuǎn)至標號Lable，執(zhí)行程序B。同時硬件自動將“BLLable”指令的下一條指令所在地址存入R14（即LR)；3.程序B執(zhí)行最后，將R14寄存器的內(nèi)容放入PC，返回程序A；89ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第89頁!1.5內(nèi)部寄存器R14寄存器注意要點R14R14_irq用戶模式下的程序IRQ的程序AareturnB...XA返回用戶模式地址1.執(zhí)行用戶模式下的程序；2.發(fā)生IRQ中斷，硬件將返回地址存入IRQ模式下的R14_irq寄存器，用戶模式下的R14沒有被破壞；3.IRQ服務(wù)程序A執(zhí)行完畢，將返回之前被中斷的程序；未被使用90ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第90頁!寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實際訪問的寄存器用戶系統(tǒng)管理中止未定義中斷快中斷通用寄存器和程序計數(shù)器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無SPSR_abtSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq程序計數(shù)器R15（PC）寄存器R15為程序計數(shù)器（PCProgramConter），正常執(zhí)行時，它的值為正在取指指令的地址。它可作為通用寄存器使用，但對于它的使用有許多限制或特殊情況。如果R15使用的方式超出了這些限制，那么結(jié)果將是不可預(yù)測的。所以建議不要把PC、LR、SP用作一般的通用寄存器。91ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第91頁!ARM中有兩種跳轉(zhuǎn)方式：使用跳轉(zhuǎn)指令；直接向當向PC中寫入一個地址值時，程序?qū)⑻D(zhuǎn)到該地址執(zhí)行，（馬上進入預(yù)取，譯碼，執(zhí)行）。MOVPC,PC;直接取后面指令2、譯碼、執(zhí)行。拋棄后面指令1的譯碼和執(zhí)行。如果是一條普通指令，就會順序執(zhí)指令1。XXXXX,XX;指令1YYYY,Y;指令2類似的指令還有ADDPC，PC，#092ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第92頁!SUB R1,PC,#4 ;R1下面STR指令的地址STR PC,[R0] ;將STR指令（當前指令）地址+偏移量(8 ;或12）放入R0指向的地址單元,LDR R0,[R0] ;把STR指令地址+偏移量的值放入R0SUB R0,R0,R1 ;計算偏移量R0=R0-R1XXXXX,XXX

1.5內(nèi)部寄存器讀R15的限制計算具體芯片偏移量程序代碼：結(jié)合教材p14頁在一般情況下：R15（PC）的值是處理器正在取指指令的地址，即當前正在執(zhí)行指令的地址加上8。此處可能不同。93ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第93頁!指令1指令2指令30xffff0008地址0xffff00040xffff0000指令4指令5指令60xffff000c0xffff00101、所列的地址是ARM指令地址、字地址、半字地址、字節(jié)地址。0xffff00000xffff00020xffff00040xffff00060xffff0008地址1、所列的地址是半字地址、字節(jié)地址。2、地址都是4的倍數(shù)（用二進制表示最后兩位都是0）字對齊：四字節(jié)對齊(為4的倍數(shù)，如0bXX…XXX00與0bXX…XXX00是字對齊）半字對齊：兩字節(jié)對齊(為2的倍數(shù)，如0bXX…XXX0與0bXX…XXX0是半字對齊）其中X為1或02、地址都是2的倍數(shù)（用二進制表示最后1位是0）3、寫入PC的值是指令的地址、應(yīng)該是字對齊。字對齊半字對齊94ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第94頁!第3章目錄8.異常9.復(fù)位10.存儲器及存儲器映射I/O11.尋址方式簡介12.ARM7指令簡介13.協(xié)處理器接口14.調(diào)試接口簡介1.簡介2.ARM7三級流水線3.處理器狀態(tài)4.處理器模式5.內(nèi)部寄存器6.

程序狀態(tài)寄存器7.體系結(jié)構(gòu)直接支持的數(shù)據(jù)類型95ARM體系結(jié)構(gòu)與編程---章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第95頁!1.6程序狀態(tài)寄存器簡介ARM內(nèi)核包含1個CPSR和5個供異常處理程序使用的SPSR。CPSR反映了當前處理器的狀態(tài)，其中，只是用了12位包含：4個條件代碼標志（符號(N)、零(Z)、進位(C)和溢出(V)）；2個中斷禁止位（F/I），分別控制一種類型的中斷；5個對當前處理器模式進行編碼的位M[4:0]；1個用于指示當前執(zhí)行指令(ARM還是T