安徽理工大學(xué)計(jì)算機(jī)匯編教程-ARM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1、8086/8088和ARM核匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)第16章ARM系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 8/16/20221第1章 匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí) 16章 ARM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)16.2 ARM微處理器的工作模式 16.3 ARM微處理器的寄存器組織第15章 ARM CPU 概述16.1 ARM微處理器的工作狀態(tài) 16.4 ARM異常處理16.5 ARM體系中的存儲(chǔ)系統(tǒng)8/16/20222第1章 匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí) 16章 ARM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)ARM處理器支持下列數(shù)據(jù)類型：字節(jié) 8位半字 16位（必須分配為占用兩個(gè)字節(jié)）字 32為（必須分配為占用4各字節(jié)）11123428/16/20223第1章 匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí) 16章 ARM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2、 ARM處理器有兩種操作狀態(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；Thumb狀態(tài)：16位，這種狀態(tài)下執(zhí)行半字方式的Thumb指令。16.1 ARM微處理器的工作狀態(tài) 注意：兩個(gè)狀態(tài)之間的切換并不影響處理器模式或寄存器內(nèi)容。8/16/20224第1章 匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí) 16章 ARM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)處理器狀態(tài)的切換 使用BX指令將ARM7TDMI內(nèi)核的操作狀態(tài)在ARM狀態(tài)和Thumb狀態(tài)之間進(jìn)行切換。;從Arm狀態(tài)切換到Thumb狀態(tài) LDR R0,=Lable+1 BX R0;從Thumb狀態(tài)切換到ARM狀態(tài) LDR R0,=Lable BX R0地址最低位為1，表示切換到Th

3、umb狀態(tài)地址最低位為0，表示切換到ARM狀態(tài)跳轉(zhuǎn)地址標(biāo)號(hào)8/16/20225第1章 匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí) 16章 ARM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)16.2 ARM微處理器的工作模式 16.3 ARM微處理器的寄存器組織第15章 ARM CPU 概述16.1 ARM微處理器的工作狀態(tài) 16.4 ARM異常處理16.5 ARM體系中的存儲(chǔ)系統(tǒng)8/16/20226第1章 匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí) 16章 ARM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)16.2 ARM微處理器的工作模式 ARM體系結(jié)構(gòu)支持7種處理器模式，分別為：用戶模式、快中斷模式、中斷模式、管理模式、中止模式、未定義模式和系統(tǒng)模式，如下表所示。這樣的好處是可以更好的支持操作系統(tǒng)并提高工作

4、效率。ARM7TDMI完全支持這七種模式。8/16/20227第1章 匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí) 16章 ARM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)16.2 ARM微處理器的工作模式 處理器模式說(shuō)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(shí)進(jìn)入此模式 中斷 (irq)用于通用中斷處理IRQ異常響應(yīng)時(shí)進(jìn)入此模式 管理 (svc)操作系統(tǒng)保護(hù)代碼系統(tǒng)復(fù)位和軟件中斷響應(yīng)時(shí)進(jìn)入此模式 中止 (abt)用于支持虛擬內(nèi)存和/或存儲(chǔ)器保護(hù)在ARM7TDMI沒(méi)有大用處 未

5、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(shí)進(jìn)入此模式8/16/20228第1章 匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí) 16章 ARM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特權(quán)模式處理器模式說(shuō)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(shí)進(jìn)入此模式 中斷 (irq)用于通用中斷處理IRQ異常響應(yīng)時(shí)進(jìn)入此模式 管理 (svc)操作系統(tǒng)保護(hù)代碼系統(tǒng)復(fù)位和軟件中斷響應(yīng)時(shí)進(jìn)入此模式 中止 (abt)用于支持虛擬內(nèi)存和/或存儲(chǔ)器保護(hù)在ARM7TDMI沒(méi)有大用處

6、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(shí)進(jìn)入此模式 除用戶模式外，其它模式均為特權(quán)模式。ARM內(nèi)部寄存器和一些片內(nèi)外設(shè)在硬件設(shè)計(jì)上只允許（或者可選為只允許）特權(quán)模式下訪問(wèn)。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。 未定義 (und) 中止 (abt) 管理 (svc) 中斷 (irq) 快中斷 (fiq) 系統(tǒng) (sys)8/16/20229第1章 匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí) 16章 ARM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)異常模式處理器模式說(shuō)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

7、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(shí)進(jìn)入此模式 中斷 (irq)用于通用中斷處理IRQ異常響應(yīng)時(shí)進(jìn)入此模式 管理 (svc)操作系統(tǒng)保護(hù)代碼系統(tǒng)復(fù)位和軟件中斷響應(yīng)時(shí)進(jìn)入此模式 中止 (abt)用于支持虛擬內(nèi)存和/或存儲(chǔ)器保護(hù)在ARM7TDMI沒(méi)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(shí)進(jìn)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(guò)程序切換進(jìn)入外，也可以由特定的異常進(jìn)入。當(dāng)特定的異常出現(xiàn)時(shí)，處理器進(jìn)入相應(yīng)的模式

8、。每種異常模式都有一些獨(dú)立的寄存器，以避免異常退出時(shí)用戶模式的狀態(tài)不可靠。8/16/202210第1章 匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí) 16章 ARM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)用戶和系統(tǒng)模式處理器模式說(shuō)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(shí)進(jìn)入此模式 中斷 (irq)用于通用中斷處理IRQ異常響應(yīng)時(shí)進(jìn)入此模式 管理 (svc)操作系統(tǒng)保護(hù)代碼系統(tǒng)復(fù)位和軟件中斷響應(yīng)時(shí)進(jìn)入此模式 中止 (abt)用于支持虛擬內(nèi)存和/或存儲(chǔ)器保護(hù)在ARM7TDMI沒(méi)

9、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(shí)進(jìn)入此模式 這兩種模式都不能由異常進(jìn)入，而且它們使用完全相同的寄存器組。 系統(tǒng)模式是特權(quán)模式，不受用戶模式的限制。操作系統(tǒng)在該模式下訪問(wèn)用戶模式的寄存器就比較方便，而且操作系統(tǒng)的一些特權(quán)任務(wù)可以使用這個(gè)模式訪問(wèn)一些受控的資源。 系統(tǒng) (sys) 用戶 (usr)8/16/202211第1章 匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí) 16章 ARM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)16.2 ARM微處理器的工作模式 16.3 ARM微處理器的寄存器組織第15章 ARM CPU 概述16.1 ARM微處理器的工作狀態(tài) 16.4 ARM異常處理16.5 ARM體系中的存儲(chǔ)系

10、統(tǒng)8/16/202212第1章 匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí) 16章 ARM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實(shí)際訪問(wèn)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(jì)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)R14R1

11、4_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無(wú)SPSR_abtSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiqARM狀態(tài)各模式下的寄存器8/16/202213第1章 匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí) 16章 ARM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實(shí)際訪問(wèn)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(jì)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_fiqR

12、10(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(wú)SPSR_abtSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiqSPSR_fiqSPSR_irqSPSR_undSPSR_abtSPSR_abtCPSRR15R14_fiqR14_irqR14_undR14_abtR14_svcR14R

13、13_fiqR13_irqR13_undR13_abtR13_svcR13R12_fiqR12R11_fiqR11R10_fiqR10R9_fiqR9R8_fiqR8R7R6R5R4R3R2R1R0所有的37個(gè)寄存器，分成兩大類：31個(gè)通用32位寄存器；6個(gè)狀態(tài)寄存器。8/16/202214第1章 匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí) 16章 ARM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實(shí)際訪問(wèn)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(jì)數(shù)器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_

14、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(wú)SPSR_abtSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq無(wú)CPSRR15R14R13R12R11R10R9R8R7R6R5R4R3R2R1R0用戶無(wú)CPSRR15R14R13R12R11

15、R10R9R8R7R6R5R4R3R2R1R0系統(tǒng)SPSR_abtCPSRR15R14_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_f

16、iqR11_fiqR10_fiqR9_fiqR8_fiqR7R6R5R4R3R2R1R0快中斷8/16/202215第1章 匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí) 16章 ARM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實(shí)際訪問(wèn)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(jì)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)R13R

17、13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無(wú)SPSR_abtSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiqR13_fiqR13_irqR13_undR13_abtR13_svcR13R12_fiqR12R11_fiqR11R10_fiqR10R9_fiqR9R8_fiqR8R7R6R5R4R3R2R1R0 在匯編語(yǔ)言中寄存器R0R13為保存數(shù)據(jù)或地址值的通用寄存器。它們是完全通用的寄存器，不會(huì)被體系結(jié)構(gòu)作為特

18、殊用途，并且可用于任何使用通用寄存器的指令。8/16/202216第1章 匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí) 16章 ARM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實(shí)際訪問(wèn)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(jì)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_i

19、rqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無(wú)SPSR_abtSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiqR13_fiqR13_irqR13_undR13_abtR13_svcR13R12_fiqR12R11_fiqR11R10_fiqR10R9_fiqR9R8_fiqR8R7R6R5R4R3R2R1R0R7R6R5R4R3R2R1R0 其中R0R7為未分組的寄存器，也就是說(shuō)對(duì)于任何處理器模式，這些寄存器都對(duì)應(yīng)于相同的32位物理寄存器。8/16/202217

20、第1章 匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí) 16章 ARM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實(shí)際訪問(wèn)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(jì)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_abt

21、R14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無(wú)SPSR_abtSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiqR14_fiqR14_irqR14_undR14_abtR14_svcR14R13_fiqR13_irqR13_undR13_abtR13_svcR13R12_fiqR12R11_fiqR11R10_fiqR10R9_fiqR9R8_fiqR8 寄存器R8R14為分組寄存器。它們所對(duì)應(yīng)的物理寄存器取決于當(dāng)前的處理器模式，幾乎所有允許使用通用寄存器的指令都允許使用分組寄存器8/16/202218第1章 匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí)

22、16章 ARM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實(shí)際訪問(wèn)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(jì)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_ir

23、qR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無(wú)SPSR_abtSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiqR12_fiqR12R11_fiqR11R10_fiqR10R9_fiqR9R8_fiqR8 寄存器R8R12有兩個(gè)分組的物理寄存器。一個(gè)用于除FIQ模式之外的所有寄存器模式，另一個(gè)用于FIQ模式。這樣在發(fā)生FIQ中斷后，可以加速FIQ的處理速度。8/16/202219第1章 匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí) 16章 ARM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實(shí)際訪問(wèn)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(jì)數(shù)器R0(a1)R0R1

24、(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(wú)SPSR_abtSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq

25、 寄存器R13、R14分別有6個(gè)分組的物理寄存器。一個(gè)用于用戶和系統(tǒng)模式，其余5個(gè)分別用于5種異常模式。R14_fiqR14_irqR14_undR14_abtR14_svcR14R13_fiqR13_irqR13_undR13_abtR13_svcR138/16/202220第1章 匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí) 16章 ARM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實(shí)際訪問(wèn)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(jì)數(shù)器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(S

26、B,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(wú)SPSR_abtSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq 寄存器R13常作為堆棧指針（SP）。在ARM指令集當(dāng)中，沒(méi)有以特殊方式使用R13的指令或其它功能，只是習(xí)慣上都這樣使用。但是在Thumb指令集

27、中存在使用R13的指令。8/16/202221第1章 匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí) 16章 ARM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實(shí)際訪問(wèn)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(jì)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_fiqR

28、14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無(wú)SPSR_abtSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq R14為鏈接寄存器（LR），在結(jié)構(gòu)上有兩個(gè)特殊功能：在每種模式下，模式自身的R14版本用于保存子程序返回地址；當(dāng)發(fā)生異常時(shí)，將R14對(duì)應(yīng)的異常模式版本設(shè)置為異常返回地址（有些異常有一個(gè)小的固定偏移量）。8/16/202222第1章 匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí) 16章 ARM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Lable程序A程序BR14R14寄存器與子程序調(diào)用BL Lable地址A?MOV PC,LRR14

29、(地址A)Lable?1.程序A執(zhí)行過(guò)程中調(diào)用程序B；操作流程2.程序跳轉(zhuǎn)至標(biāo)號(hào)Lable，執(zhí)行程序B。同時(shí)硬件將“BL Lable”指令的下一條指令所在地址存入R14；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；8/16/202223第1章 匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí) 16章 ARM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)R14寄存器與異常發(fā)生 異常發(fā)生時(shí)，程序要跳轉(zhuǎn)至異常服務(wù)程序，對(duì)返回地址的處理與子程序調(diào)用類似，都是由硬件完成的。區(qū)別在于有些異常有一個(gè)小常量的偏移。8/16/202224第1章 匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí) 16章 ARM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)R14寄存器注意要點(diǎn) 當(dāng)發(fā)生異常嵌套時(shí)，這些異常之間可能會(huì)發(fā)生沖突。例如：

30、如果用戶在用戶模式下執(zhí)行程序時(shí)發(fā)生了IRQ中斷，用戶模式寄存器不會(huì)被破壞。但是如果允許在IRQ模式下的中斷處理程序重新使能IRQ中斷，并且發(fā)生了嵌套的IRQ中斷時(shí)，外部中斷處理程序保存在R14_irq中的任何值都將被嵌套中斷的返回地址所覆蓋。8/16/202225第1章 匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí) 16章 ARM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)R14寄存器注意要點(diǎn)R14R14_irq用戶模式下的程序IRQ模式下的程序AareturnB.XA地址A地址A1.執(zhí)行用戶模式下的程序；2.發(fā)生IRQ中斷，硬件將某個(gè)地址存入IRQ模式下的R14_irq寄存器，用戶模式下的R14沒(méi)有被破壞；3. IRQ服務(wù)程序A執(zhí)行完畢，將R14_ir

31、q寄存器的內(nèi)容減去某個(gè)常量后存入PC，返回之前被中斷的程序；未被破壞8/16/202226第1章 匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí) 16章 ARM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)R14寄存器注意要點(diǎn)R14R14_irq用戶模式下的程序IRQ模式下的程序AaB.XA地址A地址A1.執(zhí)行用戶模式下的程序；2.發(fā)生IRQ中斷，硬件將某個(gè)地址存入IRQ模式下的R14_irq寄存器，用戶模式下的R14沒(méi)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(gè)常量后存入PC，返回之前被中斷的程序；未被破壞IRQ模式下的程序BareturnB.XA地址B地址B4. 如果在IRQ處理程序中打開(kāi)IRQ中斷，并且再次發(fā)生IRQ中

32、斷，或者調(diào)用子程序；5. 硬件將返回地址保存在R14_irq寄存器中，原來(lái)保存的返回地址將被覆蓋，造成錯(cuò)誤；被破壞6. 在程序B返回到程序A，然后在返回到用戶模式下被中斷的程序時(shí)，發(fā)生錯(cuò)誤，將不能正確返回；returnreturn 解決辦法是確保R14的對(duì)應(yīng)版本在發(fā)生中斷嵌套時(shí)不再保存任何有意義的值（將R14入棧），或者切換到其它處理器模式下。8/16/202227第1章 匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí) 16章 ARM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實(shí)際訪問(wèn)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(jì)數(shù)器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1

33、)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(wú)SPSR_abtSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq 寄存器R15為程序計(jì)數(shù)器（PC），它指向正在取指的地

34、址?？梢哉J(rèn)為它是一個(gè)通用寄存器，但是對(duì)于它的使用有許多與指令相關(guān)的限制或特殊情況。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(cè)的。8/16/202228第1章 匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí) 16章 ARM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)讀R15的限制 正常操作時(shí)，從R15讀取的值是處理器正在取指的地址，即當(dāng)前正在執(zhí)行指令的地址加上8個(gè)字節(jié)（兩條ARM指令的長(zhǎng)度）。由于ARM指令總是以字為單位，所以R15寄存器的最低兩位總是為0。LDR R0,PC?PCPC-4PC-8正在執(zhí)行正在譯碼正在取指流水線狀態(tài)地址程序代碼8/16/202229第1章 匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí) 16章 ARM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)讀R15的限制 當(dāng)使用STR或S

35、TM指令保存R15時(shí)，會(huì)有一個(gè)例外。這些指令可能將當(dāng)前指令地址加8字節(jié)或加12字節(jié)保存（將來(lái)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(duì)于一個(gè)確定的芯片，這個(gè)值是一個(gè)常量。 所以最好避免使用STR和STM指令來(lái)保存R15，如果很難做到，那么應(yīng)當(dāng)在程序中計(jì)算出該芯片的偏移量。8/16/202230第1章 匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí) 16章 ARM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)讀R15的限制計(jì)算偏移量程序代碼：SUBR1,PC,#4;R1=下面STR指令的地址STRPC,R0;保存STR指令地址+偏移量LDRR0,R0;然后重裝SUBR0,R0,R1;計(jì)算偏移量8/16/202231第1章 匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)

36、知識(shí) 16章 ARM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)寫R15的限制 正常操作時(shí)，寫入R15 的值被當(dāng)作一個(gè)指令地址，程序從這個(gè)地址處繼續(xù)執(zhí)行（相當(dāng)于執(zhí)行一次無(wú)條件跳轉(zhuǎn)）。 8/16/202232第1章 匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí) 16章 ARM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)寫R15的限制 由于ARM指令以字節(jié)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，因此跳轉(zhuǎn)地址由指令的實(shí)際目標(biāo)地址（寫入R15的值）和0 xFFFFFFFC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(cè)。8/16/202233第

37、1章 匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí) 16章 ARM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實(shí)際訪問(wèn)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(jì)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_abtR

38、14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無(wú)SPSR_abtSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq 寄存器CPSR為程序狀態(tài)寄存器，在異常模式中，另外一個(gè)寄存器“程序狀態(tài)保存寄存器（SPSR）”可以被訪問(wèn)。每種異常都有自己的SPSR，在因?yàn)楫惓Ｊ录M(jìn)入異常時(shí)它保存CPSR的當(dāng)前值，異常退出時(shí)可通過(guò)它恢復(fù)CPSR。詳細(xì)描述參看3.8小節(jié)。8/16/202234第1章 匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí) 16章 ARM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Thumb狀態(tài)寄存器 Thumb狀態(tài)寄存器集是ARM狀態(tài)集的子集，程序員可以直接訪問(wèn)的寄存器為：8個(gè)通用寄存器

39、R0R7；程序計(jì)數(shù)器（PC）；堆棧指針（SP）；鏈接寄存器（LR）；有條件訪問(wèn)程序狀態(tài)寄存器（ CPSR）。8/16/202235第1章 匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí) 16章 ARM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Thumb狀態(tài)各模式下的寄存器CPSRCPSR狀態(tài)寄存器R15PCR14_fiqR14_irqR14_undR14_abtR14_svcR14LRR13_fiqR13_irqR13_undR13_abtR13_svcR13SPR7R7(v4,wr)R6R6(v3)R5R5(v2)R4R4(v1)R3R3(a4)R2R2(a3)R1R1(a2)R0R0(a1)通用寄存器和程序計(jì)數(shù)器快中斷中斷未定義中止管理系統(tǒng)用戶各模式

40、下實(shí)際訪問(wèn)的寄存器寄存器在匯編中的名稱寄存器類別注意：括號(hào)內(nèi)為ATPCS中寄存器的命名，可以使用RN匯編偽指令將寄存器定義多個(gè)名字。其中ADS1.2的匯編程序直接支持這些名稱，但注意a1a4，v1v4必須用小寫。8/16/202236第1章 匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí) 16章 ARM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Thumb狀態(tài)下的通用寄存器CPSRCPSR狀態(tài)寄存器R15PCR14_fiqR14_irqR14_undR14_abtR14_svcR14LRR13_fiqR13_irqR13_undR13_abtR13_svcR13SPR7R7(v4,wr)R6R6(v3)R5R5(v2)R4R4(v1)R3R3(a4)R2R

41、2(a3)R1R1(a2)R0R0(a1)通用寄存器和程序計(jì)數(shù)器快中斷中斷未定義中止管理系統(tǒng)用戶各模式下實(shí)際訪問(wèn)的寄存器寄存器在匯編中的名稱寄存器類別R7R6R5R4R3R2R1R0 在匯編語(yǔ)言中寄存器R0R7為保存數(shù)據(jù)或地址值的通用寄存器。對(duì)于任何處理器模式，它們中的每一個(gè)都對(duì)應(yīng)于相同的32為物理寄存器。它們是完全通用的寄存器，不會(huì)被體系結(jié)構(gòu)作為特殊的用途，并且可用于任何使用通用寄存器的指令。8/16/202237第1章 匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí) 16章 ARM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Thumb狀態(tài)下的堆棧指針寄存器（SP）CPSRCPSR狀態(tài)寄存器R15PCR14_fiqR14_irqR14_undR14_ab

42、tR14_svcR14LRR13_fiqR13_irqR13_undR13_abtR13_svcR13SPR7R7(v4,wr)R6R6(v3)R5R5(v2)R4R4(v1)R3R3(a4)R2R2(a3)R1R1(a2)R0R0(a1)通用寄存器和程序計(jì)數(shù)器快中斷中斷未定義中止管理系統(tǒng)用戶各模式下實(shí)際訪問(wèn)的寄存器寄存器在匯編中的名稱寄存器類別 堆棧指針SP對(duì)應(yīng)ARM狀態(tài)的寄存器R13。每個(gè)異常模式都有其自身的SP分組版本，SP通常指向各異常模式所專用的堆棧。 注意：在發(fā)生異常時(shí)，處理器自動(dòng)進(jìn)入ARM狀態(tài)。R13_fiqR13_irqR13_undR13_abtR13_svcR138/16/

43、202238第1章 匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí) 16章 ARM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Thumb狀態(tài)下的鏈接寄存器R14（LR）CPSRCPSR狀態(tài)寄存器R15PCR14_fiqR14_irqR14_undR14_abtR14_svcR14LRR13_fiqR13_irqR13_undR13_abtR13_svcR13SPR7R7(v4,wr)R6R6(v3)R5R5(v2)R4R4(v1)R3R3(a4)R2R2(a3)R1R1(a2)R0R0(a1)通用寄存器和程序計(jì)數(shù)器快中斷中斷未定義中止管理系統(tǒng)用戶各模式下實(shí)際訪問(wèn)的寄存器寄存器在匯編中的名稱寄存器類別 鏈接寄存器LR對(duì)應(yīng)ARM狀態(tài)寄存器R14，在結(jié)構(gòu)上有兩個(gè)

44、特殊功能，詳見(jiàn)“ARM狀態(tài)下的鏈接寄存器LR”。 注意：在發(fā)生異常時(shí)，處理器自動(dòng)進(jìn)入ARM狀態(tài)。R14_fiqR14_irqR14_undR14_abtR14_svcR148/16/202239第1章 匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí) 16章 ARM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)ARM狀態(tài)和Thumb狀態(tài)之間寄存器的關(guān)系 Thumb狀態(tài)寄存器與ARM狀態(tài)寄存器有如下的關(guān)系：Thumb狀態(tài)R0R7與ARM狀態(tài)R0R7相同；Thumb狀態(tài)CPSR和SPSR與ARM狀態(tài)CPSR和SPSR相同；Thumb狀態(tài)SP映射到ARM狀態(tài)R13；Thumb狀態(tài)LR映射到ARM狀態(tài)R14；Thumb狀態(tài)PC映射到ARM狀態(tài)PC（R15）。8/16/

45、202240第1章 匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí) 16章 ARM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Thumb狀態(tài)寄存器在Arm狀態(tài)寄存器上的映射R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 R11 R12 R0 堆棧指針(R13) 連接寄存器(R14) 程序計(jì)數(shù)器(R15) 低寄存器高寄存器8/16/202241第1章 匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí) 16章 ARM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在Thumb狀態(tài)中訪問(wèn)高寄存器 在Thumb狀態(tài)中，高寄存器（R8R15）不是標(biāo)準(zhǔn)寄存器集的一部分。匯編語(yǔ)言程序員對(duì)它們的訪問(wèn)受到限制，但可以將它們用于快速暫存。 可以使用MOV、CMP和ADD指令對(duì)高寄存器操作，詳見(jiàn)第4章。8/16/202242第1章

46、匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí) 16章 ARM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ARM7TDMI內(nèi)核包含1個(gè)CPSR和5個(gè)供異常處理程序使用的SPSR。CPSR反映了當(dāng)前處理器的狀態(tài)，其包含：4個(gè)條件代碼標(biāo)志（負(fù)(N)、零(Z)、進(jìn)位(C)和溢出(V) ）；2個(gè)中斷禁止位，分別控制一種類型的中斷； 5個(gè)對(duì)當(dāng)前處理器模式進(jìn)行編碼的位；1個(gè)用于指示當(dāng)前執(zhí)行指令(ARM還是Thumb)的位。 8/16/202243第1章 匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí) 16章 ARM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)NZCVIM0M1M2M3M4TF. . .31 30 29 28 27 26 8 7 6 5 4 3 2 1 0條件代碼標(biāo)志保留控制位溢出標(biāo)志進(jìn)位或借位擴(kuò)展零負(fù)或小于IRQ

47、禁止FIQ禁止?fàn)顟B(tài)位模式位NZCVIM0M1M2M3M4TFCPSR寄存器的格式8/16/202244第1章 匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí) 16章 ARM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 每個(gè)異常模式還帶有一個(gè)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。CPSR和SPSR通過(guò)特殊指令進(jìn)行訪問(wèn)。詳細(xì)信息請(qǐng)參閱第4章 。注意：如果通過(guò)程序修改CPSR寄存器中的模式位進(jìn)入異常模式，那么硬件將不會(huì)把CPSR保存至SPSR中。程序狀態(tài)寄存器8/16/202245第1章 匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí) 16章 ARM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)條件代碼標(biāo)志 大多數(shù)“數(shù)值處理指令”可以選擇是否影響條件代碼標(biāo)志位。通常如果指令帶S后綴，則該指令

48、的執(zhí)行會(huì)影響條件代碼標(biāo)志；但有一些指令的執(zhí)行總是會(huì)影響條件代碼標(biāo)志。 N、 Z、 C和V位都是條件代碼標(biāo)志。通過(guò)算術(shù)操作、邏輯操作、MSR或者LDM指令可以對(duì)這些位進(jìn)行設(shè)置。所有ARM指令都可按條件來(lái)執(zhí)行，而Thumb指令中只有分支指令可按條件執(zhí)行。8/16/202246第1章 匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí) 16章 ARM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)條件代碼標(biāo)志各標(biāo)志位的含義如下：N 運(yùn)算結(jié)果的最高位反映在該標(biāo)志位。對(duì)于有符號(hào)二進(jìn)制補(bǔ)碼，結(jié)果為負(fù)數(shù)時(shí)N=1，結(jié)果為正數(shù)或零時(shí)N=0；Z 指令結(jié)果為0時(shí)Z=1（通常表示比較結(jié)果“相等”），否則Z=0；8/16/202247第1章 匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí) 16章 ARM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)條件代

49、碼標(biāo)志各標(biāo)志位的含義如下：C 當(dāng)進(jìn)行加法運(yùn)算(包括CMN指令)，并且最高位產(chǎn)生進(jìn)位時(shí)C=1，否則C=0。當(dāng)進(jìn)行減法運(yùn)算(包括CMP 指令)，并且最高位產(chǎn)生借位時(shí)C=0，否則C=1。對(duì)于結(jié)合移位操作的非加法/減法指令，C為從最高位最后移出的值，其它指令C通常不變； V當(dāng)進(jìn)行加法/減法運(yùn)算，并且發(fā)生有符號(hào)溢出時(shí)V=1，否則V=0，其它指令V通常不變。8/16/202248第1章 匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí) 16章 ARM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)控制位 CPSR的最低8位為控制位，當(dāng)發(fā)生異常時(shí)，這些位被硬件改變。當(dāng)處理器處于一個(gè)特權(quán)模式時(shí)，可用軟件操作這些位。 它們分別是：中斷禁止位；T位；模式位。8/16/202249第

50、1章 匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí) 16章 ARM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)控制位中斷禁止位包括I和F位：當(dāng)I位置位時(shí)，IRQ中斷被禁止；當(dāng)F位置位時(shí)，F(xiàn)IQ中斷被禁止。T位反映了正在操作的狀態(tài)：當(dāng)T位置位時(shí)，處理器正在Thumb狀態(tài)下運(yùn)行；當(dāng)T位清零時(shí)，處理器正在ARM狀態(tài)下運(yùn)行。8/16/202250第1章 匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí) 16章 ARM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)控制位模式位包括M4、M3、M2、M1和M0，這些位決定處理器的操作模式。注意：不是所有模式位的組合都定義了有效的處理器模式，如果使用了錯(cuò)誤的設(shè)置，將引起一個(gè)無(wú)法恢復(fù)的錯(cuò)誤。8/16/202251第1章 匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí) 16章 ARM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)M4:0模式可見(jiàn)的Thum

51、b狀態(tài)寄存器可見(jiàn)的ARM狀態(tài)寄存器10000用戶R0R7,SP,LR,PC,CPSRR0R14,PC, CPSR 10001快中斷R0R7,SP_fiq,LR_fiq,PC,CPSR,SPSR_fiq R0R7,R8_fiqR14_fiq,PC,CPSR, SPSR_fiq 10010中斷R0R7,SP_irq,LR_irq,PC,CPSR, SPSR_fiq R0R12,R13_irq,R14_irq,PC,CPSR, SPSR_irq 10011管理R0R7,SP_svc,LR_svc,PC,CPSR, SPSR_svc R0R12,R13_svc,R14_svc,PC,CPSR, SPS

52、R_svc 10111中止R0R7,SP_abt,LR_abt,PC,CPSR, SPSR_abt R0R12,R13_abt,R14_abt,PC,CPSR, SPSR_abt 11011未定義R0R7,SP_und,LR_und,PC,CPSR, SPSR_und R0R12,R13_und,R14_und,PC,CPSR,SPSR_und11111系統(tǒng)R0R7,SP,LR,PC,CPSR R0R14,PC, CPSR CPSR模式位設(shè)置表8/16/202252第1章 匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí) 16章 ARM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)保留位 CPSR中的保留位被保留將來(lái)使用。為了提高程序的可移植性，當(dāng)改變CPSR標(biāo)志和控制位時(shí)，請(qǐng)不要改變這些保留位。另外，請(qǐng)確保您程序的運(yùn)行不受保留位的值影響，因?yàn)閷?lái)的處理器可能會(huì)將這些位設(shè)置為1或者0。 8/16/202253第1章 匯編語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí) 16章 ARM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)16.2 ARM微處理器的工作模式 16.3 ARM微處理器的寄存器組織第15章 ARM CPU 概述16.1 AR