ARM應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)詳解-基于S3C4510B的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第2章 AR

1、12arm應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)詳解基于s3c4510b的系統(tǒng)設(shè)計(jì)第2章 arm微處理器的編程模型本章簡(jiǎn)介arm微處理器編程模型的一些基本概念，包括工作狀態(tài)切換、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)格式、處理器異常等，通過(guò)對(duì)本章的閱讀，希望讀者能了解arm微處理器的基本工作原理和一些與程序設(shè)計(jì)相關(guān)的基本技術(shù)細(xì)節(jié)，為以后的程序設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。本章的主要內(nèi)容：arm微處理器的工作狀態(tài)arm體系結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器格式arm微處理器的工作模式arm體系結(jié)構(gòu)的寄存器組織arm微處理器的異常狀態(tài)在開(kāi)始本章之前，首先對(duì)字（word）、半字（half-word）、字節(jié)（byte）的概念作一個(gè)說(shuō)明：字（word）：在arm體系結(jié)構(gòu)中，字的長(zhǎng)度為32位，而

2、在8位/16位處理器體系結(jié)構(gòu)中，字的長(zhǎng)度一般為16位，請(qǐng)讀者在閱讀時(shí)注意區(qū)分。半字（half-word）：在arm體系結(jié)構(gòu)中，半字的長(zhǎng)度為16位，與8位/16位處理器體系結(jié)構(gòu)中字的長(zhǎng)度一致。字節(jié)（byte）：在arm體系結(jié)構(gòu)和8位/16位處理器體系結(jié)構(gòu)中，字節(jié)的長(zhǎng)度均為8位。2.1 arm微處理器的工作狀態(tài)從編程的角度看，arm微處理器的工作狀態(tài)一般有兩種，并可在兩種狀態(tài)之間切換：第一種為arm狀態(tài)，此時(shí)處理器執(zhí)行32位的字對(duì)齊的arm指令；第二種為thumb狀態(tài)，此時(shí)處理器執(zhí)行16位的、半字對(duì)齊的thumb指令。當(dāng)arm微處理器執(zhí)行32位的arm指令集時(shí)，工作在arm狀態(tài)；當(dāng)arm微處理器執(zhí)

3、行16位的thumb指令集時(shí)，工作在thumb狀態(tài)。在程序的執(zhí)行過(guò)程中，微處理器可以隨時(shí)在兩種工作狀態(tài)之間切換，并且，處理器工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)變并不影響處理器的工作模式和相應(yīng)寄存器中的內(nèi)容。狀態(tài)切換方法：arm指令集和thumb指令集均有切換處理器狀態(tài)的指令，并可在兩種工作狀態(tài)之間切換，但arm微處理器在開(kāi)始執(zhí)行代碼時(shí)，應(yīng)該處于arm狀態(tài)。進(jìn)入thumb狀態(tài)：當(dāng)操作數(shù)寄存器的狀態(tài)位（位0）為1時(shí)，可以采用執(zhí)行bx指令的方法，使微處理器從arm狀態(tài)切換到thumb狀態(tài)。此外，當(dāng)處理器處于thumb狀態(tài)時(shí)發(fā)生異常（如irq、fiq、undef、abort、swi等），則異常處理返回時(shí)，自動(dòng)切換到thum

4、b狀態(tài)。進(jìn)入arm狀態(tài)：當(dāng)操作數(shù)寄存器的狀態(tài)位為0時(shí)，執(zhí)行bx指令時(shí)可以使微處理器從thumb狀態(tài)切換到arm狀態(tài)。此外，在處理器進(jìn)行異常處理時(shí)，把pc指針?lè)湃氘惓ＤＪ芥溄蛹拇嫫髦?，并從異常向量地址開(kāi)始執(zhí)行程序，也可以使處理器切換到arm狀態(tài)。2.2 arm體系結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器格式arm體系結(jié)構(gòu)將存儲(chǔ)器看作是從零地址開(kāi)始的字節(jié)的線性組合。從零字節(jié)到三字節(jié)放置第一個(gè)存儲(chǔ)的字?jǐn)?shù)據(jù)，從第四個(gè)字節(jié)到第七個(gè)字節(jié)放置第二個(gè)存儲(chǔ)的字?jǐn)?shù)據(jù)，依次排列。作為32位的微處理器，arm體系結(jié)構(gòu)所支持的最大尋址空間為4gb（232字節(jié)）。arm體系結(jié)構(gòu)可以用兩種方法存儲(chǔ)字?jǐn)?shù)據(jù)，稱(chēng)之為大端格式和小端格式，具體說(shuō)明如下：大端格

5、式：在這種格式中，字?jǐn)?shù)據(jù)的高字節(jié)存儲(chǔ)在低地址中，而字?jǐn)?shù)據(jù)的低字節(jié)則存放在高地址中，如圖2.1所示： 圖2.1 以大端格式存儲(chǔ)字?jǐn)?shù)據(jù)小端格式：與大端存儲(chǔ)格式相反，在小端存儲(chǔ)格式中，低地址中存放的是字?jǐn)?shù)據(jù)的低字節(jié)，高地址存放的是字?jǐn)?shù)據(jù)的高字節(jié)。如圖2.2所示：圖2. 2 以小端格式存儲(chǔ)字?jǐn)?shù)據(jù)2.3 指令長(zhǎng)度及數(shù)據(jù)類(lèi)型arm微處理器的指令長(zhǎng)度可以是32位（在arm狀態(tài)下），也可以為16位（在thumb狀態(tài)下）。arm微處理器中支持字節(jié)（8位）、半字（16位）、字（32位）三種數(shù)據(jù)類(lèi)型，其中，字需要4字節(jié)對(duì)齊（地址的低兩位為0）、半字需要2字節(jié)對(duì)齊（地址的最低位為0）。2.4 處理器模式arm微處理器

6、支持7種運(yùn)行模式，分別為： 用戶(hù)模式（usr）：arm處理器正常的程序執(zhí)行狀態(tài) 快速中斷模式（fiq）：用于高速數(shù)據(jù)傳輸或通道處理 外部中斷模式（irq）：用于通用的中斷處理 管理模式（svc）：操作系統(tǒng)使用的保護(hù)模式 數(shù)據(jù)訪問(wèn)終止模式(abt)：當(dāng)數(shù)據(jù)或指令預(yù)取終止時(shí)進(jìn)入該模式，可用于虛擬存儲(chǔ)及存儲(chǔ)保護(hù)。 系統(tǒng)模式（sys）：運(yùn)行具有特權(quán)的操作系統(tǒng)任務(wù)。 未定義指令中止模式（und）：當(dāng)未定義的指令執(zhí)行時(shí)進(jìn)入該模式，可用于支持硬件協(xié)處理器的軟件仿真。arm微處理器的運(yùn)行模式可以通過(guò)軟件改變，也可以通過(guò)外部中斷或異常處理改變。大多數(shù)的應(yīng)用程序運(yùn)行在用戶(hù)模式下，當(dāng)處理器運(yùn)行在用戶(hù)模式下時(shí)，某些被

7、保護(hù)的系統(tǒng)資源是不能被訪問(wèn)的。除用戶(hù)模式以外，其余的所有6種模式稱(chēng)之為非用戶(hù)模式，或特權(quán)模式（privileged modes）；其中除去用戶(hù)模式和系統(tǒng)模式以外的5種又稱(chēng)為異常模式（exception modes），常用于處理中斷或異常，以及需要訪問(wèn)受保護(hù)的系統(tǒng)資源等情況。2.5 寄存器組織arm微處理器共有37個(gè)32位寄存器，其中31個(gè)為通用寄存器，6個(gè)為狀態(tài)寄存器。但是這些寄存器不能被同時(shí)訪問(wèn)，具體哪些寄存器是可編程訪問(wèn)的，取決微處理器的工作狀態(tài)及具體的運(yùn)行模式。但在任何時(shí)候，通用寄存器r14r0、程序計(jì)數(shù)器pc、一個(gè)或兩個(gè)狀態(tài)寄存器都是可訪問(wèn)的。2.5.1 arm狀態(tài)下的寄存器組織通用寄

8、存器：通用寄存器包括r0r15，可以分為三類(lèi)：未分組寄存器r0r7； 分組寄存器r8r14程序計(jì)數(shù)器pc(r15)未分組寄存器r0r7：在所有的運(yùn)行模式下，未分組寄存器都指向同一個(gè)物理寄存器，他們未被系統(tǒng)用作特殊的用途，因此，在中斷或異常處理進(jìn)行運(yùn)行模式轉(zhuǎn)換時(shí)，由于不同的處理器運(yùn)行模式均使用相同的物理寄存器，可能會(huì)造成寄存器中數(shù)據(jù)的破壞，這一點(diǎn)在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)引起注意。分組寄存器r8r14對(duì)于分組寄存器，他們每一次所訪問(wèn)的物理寄存器與處理器當(dāng)前的運(yùn)行模式有關(guān)。對(duì)于r8r12來(lái)說(shuō)，每個(gè)寄存器對(duì)應(yīng)兩個(gè)不同的物理寄存器，當(dāng)使用fiq模式時(shí)，訪問(wèn)寄存器r8_fiqr12_fiq；當(dāng)使用除fiq模式以

9、外的其他模式時(shí)，訪問(wèn)寄存器r8_usrr12_usr。對(duì)于r13、r14來(lái)說(shuō)，每個(gè)寄存器對(duì)應(yīng)6個(gè)不同的物理寄存器，其中的一個(gè)是用戶(hù)模式與系統(tǒng)模式共用，另外5個(gè)物理寄存器對(duì)應(yīng)于其他5種不同的運(yùn)行模式。采用以下的記號(hào)來(lái)區(qū)分不同的物理寄存器：r13_r14_其中，mode為以下幾種模式之一：usr、fiq、irq、svc、abt、und。寄存器r13在arm指令中常用作堆棧指針，但這只是一種習(xí)慣用法，用戶(hù)也可使用其他的寄存器作為堆棧指針。而在thumb指令集中，某些指令強(qiáng)制性的要求使用r13作為堆棧指針。由于處理器的每種運(yùn)行模式均有自己獨(dú)立的物理寄存器r13，在用戶(hù)應(yīng)用程序的初始化部分，一般都要初始

10、化每種模式下的r13，使其指向該運(yùn)行模式的?？臻g，這樣，當(dāng)程序的運(yùn)行進(jìn)入異常模式時(shí)，可以將需要保護(hù)的寄存器放入r13所指向的堆棧，而當(dāng)程序從異常模式返回時(shí)，則從對(duì)應(yīng)的堆棧中恢復(fù)，采用這種方式可以保證異常發(fā)生后程序的正常執(zhí)行。r14也稱(chēng)作子程序連接寄存器（subroutine link register）或連接寄存器lr。當(dāng)執(zhí)行bl子程序調(diào)用指令時(shí)，r14中得到r15（程序計(jì)數(shù)器pc）的備份。其他情況下，r14用作通用寄存器。與之類(lèi)似，當(dāng)發(fā)生中斷或異常時(shí)，對(duì)應(yīng)的分組寄存器r14_svc、r14_irq、r14_fiq、r14_abt和r14_und用來(lái)保存r15的返回值。寄存器r14常用在如下的

11、情況：在每一種運(yùn)行模式下，都可用r14保存子程序的返回地址，當(dāng)用bl或blx指令調(diào)用子程序時(shí)，將pc的當(dāng)前值拷貝給r14，執(zhí)行完子程序后，又將r14的值拷貝回pc，即可完成子程序的調(diào)用返回。以上的描述可用指令完成：1、執(zhí)行以下任意一條指令：movpc，lrbxlr2、在子程序入口處使用以下指令將r14存入堆棧：stmfdsp！,lr對(duì)應(yīng)的，使用以下指令可以完成子程序返回：ldmfdsp！,pcr14也可作為通用寄存器。程序計(jì)數(shù)器pc(r15)寄存器r15用作程序計(jì)數(shù)器（pc）。在arm狀態(tài)下，位1:0為0，位31:2用于保存pc；在thumb狀態(tài)下，位0為0，位31:1用于保存pc；雖然可以用

12、作通用寄存器，但是有一些指令在使用r15時(shí)有一些特殊限制，若不注意，執(zhí)行的結(jié)果將是不可預(yù)料的。在arm狀態(tài)下，pc的0和1位是0，在thumb狀態(tài)下，pc的0位是0。r15雖然也可用作通用寄存器，但一般不這么使用，因?yàn)閷?duì)r15的使用有一些特殊的限制，當(dāng)違反了這些限制時(shí)，程序的執(zhí)行結(jié)果是未知的。由于arm體系結(jié)構(gòu)采用了多級(jí)流水線技術(shù)，對(duì)于arm指令集而言，pc總是指向當(dāng)前指令的下兩條指令的地址，即pc的值為當(dāng)前指令的地址值加8個(gè)字節(jié)。圖2.3 arm狀態(tài)下的寄存器組織在arm狀態(tài)下，任一時(shí)刻可以訪問(wèn)以上所討論的16個(gè)通用寄存器和一到兩個(gè)狀態(tài)寄存器。在非用戶(hù)模式（特權(quán)模式）下，則可訪問(wèn)到特定模式分

13、組寄存器，圖2.3說(shuō)明在每一種運(yùn)行模式下，哪一些寄存器是可以訪問(wèn)的。寄存器r16：寄存器r16用作cpsr(current program status register，當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器)，cpsr可在任何運(yùn)行模式下被訪問(wèn)，它包括條件標(biāo)志位、中斷禁止位、當(dāng)前處理器模式標(biāo)志位，以及其他一些相關(guān)的控制和狀態(tài)位。每一種運(yùn)行模式下又都有一個(gè)專(zhuān)用的物理狀態(tài)寄存器，稱(chēng)為spsr（saved program status register，備份的程序狀態(tài)寄存器），當(dāng)異常發(fā)生時(shí)，spsr用于保存cpsr的當(dāng)前值，從異常退出時(shí)則可由spsr來(lái)恢復(fù)cpsr。由于用戶(hù)模式和系統(tǒng)模式不屬于異常模式，他們沒(méi)有sps

14、r，當(dāng)在這兩種模式下訪問(wèn)spsr，結(jié)果是未知的。2.5.2 thumb狀態(tài)下的寄存器組織thumb狀態(tài)下的寄存器集是arm狀態(tài)下寄存器集的一個(gè)子集，程序可以直接訪問(wèn)8個(gè)通用寄存器（r7r0）、程序計(jì)數(shù)器（pc）、堆棧指針（sp）、連接寄存器（lr）和cpsr。同時(shí)，在每一種特權(quán)模式下都有一組sp、lr和spsr。圖2.4表明thumb狀態(tài)下的寄存器組織。圖2.4 thumb狀態(tài)下的寄存器組織thumb狀態(tài)下的寄存器組織與arm狀態(tài)下的寄存器組織的關(guān)系：thumb狀態(tài)下和arm狀態(tài)下的r0r7是相同的。thumb狀態(tài)下和arm狀態(tài)下的cpsr和所有的spsr是相同的。thumb狀態(tài)下的sp對(duì)應(yīng)于

15、arm狀態(tài)下的r13。thumb狀態(tài)下的lr對(duì)應(yīng)于arm狀態(tài)下的r14。 thumb狀態(tài)下的程序計(jì)數(shù)器對(duì)應(yīng)于arm狀態(tài)下r15以上的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖2.5所示：圖2.5 thumb狀態(tài)下的寄存器組織訪問(wèn)thumb狀態(tài)下的高位寄存器（hi-registers）：在thumb狀態(tài)下，高位寄存器r8r15并不是標(biāo)準(zhǔn)寄存器集的一部分，但可使用匯編語(yǔ)言程序受限制的訪問(wèn)這些寄存器，將其用作快速的暫存器。使用帶特殊變量的mov指令，數(shù)據(jù)可以在低位寄存器和高位寄存器之間進(jìn)行傳送；高位寄存器的值可以使用cmp和add指令進(jìn)行比較或加上低位寄存器中的值。2.5.3 程序狀態(tài)寄存器arm體系結(jié)構(gòu)包含一個(gè)當(dāng)前程序狀態(tài)寄存

16、器（cpsr）和五個(gè)備份的程序狀態(tài)寄存器（spsrs）。備份的程序狀態(tài)寄存器用來(lái)進(jìn)行異常處理，其功能包括：保存alu中的當(dāng)前操作信息控制允許和禁止中斷設(shè)置處理器的運(yùn)行模式程序狀態(tài)寄存器的每一位的安排如圖2.6所示：圖2.6 程序狀態(tài)寄存器格式條件碼標(biāo)志（condition code flags）n、z、c、v均為條件碼標(biāo)志位。它們的內(nèi)容可被算術(shù)或邏輯運(yùn)算的結(jié)果所改變，并且可以決定某條指令是否被執(zhí)行。在arm狀態(tài)下，絕大多數(shù)的指令都是有條件執(zhí)行的。在thumb狀態(tài)下，僅有分支指令是有條件執(zhí)行的。條件碼標(biāo)志各位的具體含義如表2-1所示：表2-1條件碼標(biāo)志的具體含義標(biāo)志位含 義n當(dāng)用兩個(gè)補(bǔ)碼表示的帶

17、符號(hào)數(shù)進(jìn)行運(yùn)算時(shí)，n=1 表示運(yùn)算的結(jié)果為負(fù)數(shù)；n=0 表示運(yùn)算的結(jié)果為正數(shù)或零；zz=1 表示運(yùn)算的結(jié)果為零；z=0表示運(yùn)算的結(jié)果為非零；c可以有4種方法設(shè)置c的值： 加法運(yùn)算（包括比較指令cmn）：當(dāng)運(yùn)算結(jié)果產(chǎn)生了進(jìn)位時(shí)（無(wú)符號(hào)數(shù)溢出），c=1，否則c=0。 減法運(yùn)算（包括比較指令cmp）：當(dāng)運(yùn)算時(shí)產(chǎn)生了借位（無(wú)符號(hào)數(shù)溢出），c=0，否則c=1。 對(duì)于包含移位操作的非加/減運(yùn)算指令，c為移出值的最后一位。 對(duì)于其他的非加/減運(yùn)算指令，c的值通常不改變。v可以有2種方法設(shè)置v的值： 對(duì)于加/減法運(yùn)算指令，當(dāng)操作數(shù)和運(yùn)算結(jié)果為二進(jìn)制的補(bǔ)碼表示的帶符號(hào)數(shù)時(shí)，v=1表示符號(hào)位溢出。 對(duì)于其他的非加

18、/減運(yùn)算指令，v的值通常不改變。q在arm v5及以上版本的e系列處理器中，用q標(biāo)志位指示增強(qiáng)的dsp運(yùn)算指令是否發(fā)生了溢出。在其他版本的處理器中，q標(biāo)志位無(wú)定義。控制位psr的低8位（包括i、f、t和m4：0）稱(chēng)為控制位，當(dāng)發(fā)生異常時(shí)這些位可以被改變。如果處理器運(yùn)行特權(quán)模式，這些位也可以由程序修改。中斷禁止位i、f：i=1 禁止irq中斷;f=1 禁止fiq中斷。t標(biāo)志位：該位反映處理器的運(yùn)行狀態(tài)。對(duì)于arm體系結(jié)構(gòu)v5及以上的版本的t系列處理器，當(dāng)該位為1時(shí)，程序運(yùn)行于thumb狀態(tài)，否則運(yùn)行于arm狀態(tài)。對(duì)于arm體系結(jié)構(gòu)v5及以上的版本的非t系列處理器，當(dāng)該位為1時(shí)，執(zhí)行下一條指令以引

19、起為定義的指令異常；當(dāng)該位為0時(shí)，表示運(yùn)行于arm狀態(tài)。運(yùn)行模式位m4：0：m0、m1、m2、m3、m4是模式位。這些位決定了處理器的運(yùn)行模式。具體含義如表2-2所示：表2-2運(yùn)行模式位m4：0的具體含義m4：0處理器模式可訪問(wèn)的寄存器0b10000用戶(hù)模式pc，cpsr,r0-r140b10001fiq模式pc，cpsr, spsr_fiq，r14_fiq-r8_fiq, r7r00b10010irq模式pc，cpsr, spsr_irq，r14_irq,r13_irq,r12r00b10011管理模式pc，cpsr, spsr_svc，r14_svc,r13_svc,r12r0,0b101

20、11中止模式pc，cpsr, spsr_abt，r14_abt,r13_abt, r12r0,0b11011未定義模式pc，cpsr, spsr_und，r14_und,r13_und, r12r0,0b11111系統(tǒng)模式pc，cpsr（arm v4及以上版本）, r14r0由表2-2可知，并不是所有的運(yùn)行模式位的組合都是有效地，其他的組合結(jié)果會(huì)導(dǎo)致處理器進(jìn)入一個(gè)不可恢復(fù)的狀態(tài)。保留位psr中的其余位為保留位，當(dāng)改變psr中的條件碼標(biāo)志位或者控制位時(shí)，保留位不要被改變，在程序中也不要使用保留位來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。保留位將用于arm版本的擴(kuò)展。2.6 異常（exceptions）當(dāng)正常的程序執(zhí)行流程發(fā)生

21、暫時(shí)的停止時(shí)，稱(chēng)之為異常，例如處理一個(gè)外部的中斷請(qǐng)求。在處理異常之前，當(dāng)前處理器的狀態(tài)必須保留，這樣當(dāng)異常處理完成之后，當(dāng)前程序可以繼續(xù)執(zhí)行。處理器允許多個(gè)異常同時(shí)發(fā)生，它們將會(huì)按固定的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行處理。arm體系結(jié)構(gòu)中的異常，與8位/16位體系結(jié)構(gòu)的中斷有很大的相似之處，但異常與中斷的概念并不完全等同。2.6.1 arm體系結(jié)構(gòu)所支持的異常類(lèi)型arm體系結(jié)構(gòu)所支持的異常及具體含義如表2-3所示。表2-3 arm體系結(jié)構(gòu)所支持的異常異常類(lèi)型具體含義復(fù)位當(dāng)處理器的復(fù)位電平有效時(shí)，產(chǎn)生復(fù)位異常，程序跳轉(zhuǎn)到復(fù)位異常處理程序處執(zhí)行。未定義指令當(dāng)arm處理器或協(xié)處理器遇到不能處理的指令時(shí)，產(chǎn)生未定義指令異

22、常?？墒褂迷摦惓C(jī)制進(jìn)行軟件仿真。軟件中斷該異常由執(zhí)行swi指令產(chǎn)生，可用于用戶(hù)模式下的程序調(diào)用特權(quán)操作指令?？墒褂迷摦惓C(jī)制實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能調(diào)用。指令預(yù)取中止若處理器預(yù)取指令的地址不存在，或該地址不允許當(dāng)前指令訪問(wèn)，存儲(chǔ)器會(huì)向處理器發(fā)出中止信號(hào)，但當(dāng)預(yù)取的指令被執(zhí)行時(shí)，才會(huì)產(chǎn)生指令預(yù)取中止異常。數(shù)據(jù)中止若處理器數(shù)據(jù)訪問(wèn)指令的地址不存在，或該地址不允許當(dāng)前指令訪問(wèn)時(shí)，產(chǎn)生數(shù)據(jù)中止異常。irq（外部中斷請(qǐng)求）當(dāng)處理器的外部中斷請(qǐng)求引腳有效，且cpsr中的i位為0時(shí)，產(chǎn)生irq異常。系統(tǒng)的外設(shè)可通過(guò)該異常請(qǐng)求中斷服務(wù)。fiq（快速中斷請(qǐng)求）當(dāng)處理器的快速中斷請(qǐng)求引腳有效，且cpsr中的f位為0時(shí)，產(chǎn)生

23、fiq異常。2.6.2 對(duì)異常的響應(yīng)當(dāng)一個(gè)異常出現(xiàn)以后，arm微處理器會(huì)執(zhí)行以下幾步操作：1、將下一條指令的地址存入相應(yīng)連接寄存器lr，以便程序在處理異常返回時(shí)能從正確的位置重新開(kāi)始執(zhí)行。若異常是從arm狀態(tài)進(jìn)入，lr寄存器中保存的是下一條指令的地址（當(dāng)前pc4或pc8，與異常的類(lèi)型有關(guān)）；若異常是從thumb狀態(tài)進(jìn)入，則在lr寄存器中保存當(dāng)前pc的偏移量，這樣，異常處理程序就不需要確定異常是從何種狀態(tài)進(jìn)入的。例如：在軟件中斷異常swi，指令 mov pc，r14_svc總是返回到下一條指令，不管swi是在arm狀態(tài)執(zhí)行，還是在thumb狀態(tài)執(zhí)行。2、將cpsr復(fù)制到相應(yīng)的spsr中。3、根據(jù)

24、異常類(lèi)型，強(qiáng)制設(shè)置cpsr的運(yùn)行模式位。4、強(qiáng)制pc從相關(guān)的異常向量地址取下一條指令執(zhí)行，從而跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的異常處理程序處。還可以設(shè)置中斷禁止位，以禁止中斷發(fā)生。如果異常發(fā)生時(shí)，處理器處于thumb狀態(tài)，則當(dāng)異常向量地址加載入pc時(shí)，處理器自動(dòng)切換到arm狀態(tài)。arm微處理器對(duì)異常的響應(yīng)過(guò)程用偽碼可以描述為：r14_ = return linkspsr_ = cpsrcpsr4:0 = exception mode numbercpsr5 = 0；當(dāng)運(yùn)行于arm工作狀態(tài)時(shí)if = reset or fiq then；當(dāng)響應(yīng)fiq異常時(shí)，禁止新的fiq異常cpsr6 = 1cpsr7 = 1pc

25、= exception vector address 2.6.3 從異常返回異常處理完畢之后，arm微處理器會(huì)執(zhí)行以下幾步操作從異常返回： 1、將連接寄存器lr的值減去相應(yīng)的偏移量后送到pc中。2、將spsr復(fù)制回cpsr中。3、若在進(jìn)入異常處理時(shí)設(shè)置了中斷禁止位，要在此清除?？梢哉J(rèn)為應(yīng)用程序總是從復(fù)位異常處理程序開(kāi)始執(zhí)行的，因此復(fù)位異常處理程序不需要返回。2.6.4 各類(lèi)異常的具體描述fiq（fast interrupt request）fiq異常是為了支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸或者通道處理而設(shè)計(jì)的。在arm狀態(tài)下，系統(tǒng)有足夠的私有寄存器，從而可以避免對(duì)寄存器保存的需求，并減小了系統(tǒng)上下文切換的開(kāi)銷(xiāo)。若將

26、cpsr的f位置為1，則會(huì)禁止fiq中斷，若將cpsr的f位清零，處理器會(huì)在指令執(zhí)行時(shí)檢查fiq的輸入。注意只有在特權(quán)模式下才能改變f位的狀態(tài)?？捎赏獠客ㄟ^(guò)對(duì)處理器上的nfiq引腳輸入低電平產(chǎn)生fiq。不管是在arm狀態(tài)還是在thumb狀態(tài)下進(jìn)入fiq模式，fiq處理程序均會(huì)執(zhí)行以下指令從fiq模式返回：subs pc,r14_fiq ,#4該指令將寄存器r14_fiq的值減去4后，復(fù)制到程序計(jì)數(shù)器pc中，從而實(shí)現(xiàn)從異常處理程序中的返回，同時(shí)將spsr_mode寄存器的內(nèi)容復(fù)制到當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器cpsr中。irq（interrupt request）irq異常屬于正常的中斷請(qǐng)求，可通過(guò)對(duì)處理

27、器的nirq引腳輸入低電平產(chǎn)生，irq的優(yōu)先級(jí)低于fiq，當(dāng)程序執(zhí)行進(jìn)入fiq異常時(shí)，irq可能被屏蔽。若將cpsr的i位置為1，則會(huì)禁止irq中斷，若將cpsr的i位清零，處理器會(huì)在指令執(zhí)行完之前檢查irq的輸入。注意只有在特權(quán)模式下才能改變i位的狀態(tài)。不管是在arm狀態(tài)還是在thumb狀態(tài)下進(jìn)入irq模式，irq處理程序均會(huì)執(zhí)行以下指令從irq模式返回：subs pc , r14_irq , #4該指令將寄存器r14_irq的值減去4后，復(fù)制到程序計(jì)數(shù)器pc中，從而實(shí)現(xiàn)從異常處理程序中的返回，同時(shí)將spsr_mode寄存器的內(nèi)容復(fù)制到當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器cpsr中。abort（中止）產(chǎn)生中止

28、異常意味著對(duì)存儲(chǔ)器的訪問(wèn)失敗。arm微處理器在存儲(chǔ)器訪問(wèn)周期內(nèi)檢查是否發(fā)生中止異常。中止異常包括兩種類(lèi)型：指令預(yù)取中止：發(fā)生在指令預(yù)取時(shí)。數(shù)據(jù)中止：發(fā)生在數(shù)據(jù)訪問(wèn)時(shí)。當(dāng)指令預(yù)取訪問(wèn)存儲(chǔ)器失敗時(shí)，存儲(chǔ)器系統(tǒng)向arm處理器發(fā)出存儲(chǔ)器中止（abort）信號(hào)，預(yù)取的指令被記為無(wú)效，但只有當(dāng)處理器試圖執(zhí)行無(wú)效指令時(shí)，指令預(yù)取中止異常才會(huì)發(fā)生，如果指令未被執(zhí)行，例如在指令流水線中發(fā)生了跳轉(zhuǎn)，則預(yù)取指令中止不會(huì)發(fā)生。若數(shù)據(jù)中止發(fā)生，系統(tǒng)的響應(yīng)與指令的類(lèi)型有關(guān)。當(dāng)確定了中止的原因后，abort處理程序均會(huì)執(zhí)行以下指令從中止模式返回，無(wú)論是在arm狀態(tài)還是thumb狀態(tài)：subs pc, r14_abt, #4

29、；指令預(yù)取中止subs pc, r14_abt, #8；數(shù)據(jù)中止以上指令恢復(fù)pc（從r14_abt）和cpsr（從spsr_abt）的值，并重新執(zhí)行中止的指令。software interruupt(軟件中斷)軟件中斷指令（swi）用于進(jìn)入管理模式，常用于請(qǐng)求執(zhí)行特定的管理功能。軟件中斷處理程序執(zhí)行以下指令從swi模式返回，無(wú)論是在arm狀態(tài)還是thumb狀態(tài)：mov pc , r14_svc以上指令恢復(fù)pc（從r14_svc）和cpsr（從spsr_svc）的值，并返回到swi的下一條指令。undefined instruction(未定義指令)當(dāng)arm處理器遇到不能處理的指令時(shí)，會(huì)產(chǎn)生未定義指令異常。采用這種機(jī)制，可以通過(guò)軟件仿真擴(kuò)展arm或thumb指令集。在仿真未定義指令后，處理器執(zhí)行以下程序返回，無(wú)論是在arm狀態(tài)還是thumb狀態(tài)：movs pc, r14_und以上指令恢復(fù)pc（從r14_und）和cpsr（從spsr_und）的值，并返回到未定義指令后的下一條指令。2.6.5 異常進(jìn)入/退出小節(jié)表2-4總結(jié)了進(jìn)入異常處理時(shí)保存在相應(yīng)r14中的pc值，及在退出異常