ARM體系結(jié)構(gòu)與編程-第一章課件

ARM體系結(jié)構(gòu)與編程授課教師：岳洋email:辦公電話：86223625

1課件這門課主要講的內(nèi)容ARMAdvancedRISCMachine1、ARM基礎(chǔ)知識(shí)（第1章）2、ARM匯編（第2、3、4、8章）3、ARM存儲(chǔ)系統(tǒng)MMU（第5章）MemoryManagementUnit4、異常中斷處理（第9章）2課件前言了解嵌入式系統(tǒng)概述1嵌入式系統(tǒng)簡(jiǎn)介2嵌入式系統(tǒng)的定義3嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)4嵌入式系統(tǒng)的組成5嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用3課件嵌入式系統(tǒng)簡(jiǎn)介嵌入式系統(tǒng)的歷史與現(xiàn)狀從1946年電子計(jì)算機(jī)的誕生，發(fā)展到今天，在許多場(chǎng)合要求將微型機(jī)嵌入到一個(gè)對(duì)象體系中，實(shí)現(xiàn)智能化控制。為了區(qū)別于通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，把嵌入到對(duì)象體系中，實(shí)現(xiàn)智能化控制的計(jì)算機(jī)，稱作嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。5課件嵌入式系統(tǒng)簡(jiǎn)介現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的兩大分支計(jì)算機(jī)進(jìn)入了通用計(jì)算機(jī)與嵌入式計(jì)算機(jī)兩大分支并行發(fā)展時(shí)代。通用計(jì)算機(jī)側(cè)重的發(fā)展方向：高速、海量的數(shù)值計(jì)算、總線速度提升，擴(kuò)大存儲(chǔ)容量。嵌入式計(jì)算機(jī)對(duì)體積、功耗、功能、可靠性、專用性有較高要求。6課件2嵌入式系統(tǒng)的定義7課件嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用消費(fèi)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(dòng)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(guó)防電子商務(wù)網(wǎng)絡(luò)9課件現(xiàn)實(shí)生活中的嵌入式系統(tǒng)實(shí)例家庭環(huán)境10課件現(xiàn)實(shí)生活中的嵌入式系統(tǒng)實(shí)例辦公室環(huán)境11課件現(xiàn)實(shí)生活中的嵌入式系統(tǒng)實(shí)例國(guó)防領(lǐng)域13課件現(xiàn)實(shí)生活中的嵌入式系統(tǒng)實(shí)例交通領(lǐng)域14課件現(xiàn)實(shí)生活中的嵌入式系統(tǒng)實(shí)例航空領(lǐng)域15課件第1章ARM概述及其基本編程模型17課件第1章目錄8.異常9.復(fù)位10.存儲(chǔ)器及存儲(chǔ)器映射I/O11.尋址方式簡(jiǎn)介12.ARM7指令簡(jiǎn)介13.協(xié)處理器接口14.調(diào)試接口簡(jiǎn)介1.簡(jiǎn)介2.ARM7三級(jí)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18課件1.1ARM簡(jiǎn)介ARM公司簡(jiǎn)介ARM是AdvancedRISCMachines的縮寫，它是英國(guó)一家微處理器行業(yè)的知名企業(yè)，該企業(yè)設(shè)計(jì)了大量高性能、廉價(jià)、耗能低的RISC處理器。RISC特點(diǎn)：精簡(jiǎn)指令集執(zhí)行周期更短；硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，配備大量寄存器，配合運(yùn)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(shí)進(jìn)行，速度更快。公司的特點(diǎn)是只設(shè)計(jì)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)。19課件1.1ARM簡(jiǎn)介ARM有三種含義：一個(gè)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(jī)，它只是一個(gè)內(nèi)核。所謂以ARM為核的單片機(jī)，就是把ARM作為中央處理器（核），根據(jù)需要設(shè)計(jì)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(gè)單片機(jī)。這個(gè)單片機(jī)由ARM核控制。21課件1.1ARM簡(jiǎn)介在學(xué)習(xí)單片機(jī)時(shí)，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，會(huì)較快的涉及定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、I/O引腳的使用。學(xué)習(xí)ARM核時(shí)，同樣也是對(duì)寄存器的設(shè)置（匯編指令、c語(yǔ)言）來(lái)控制ARM核、I/O管腳、功能模塊，實(shí)現(xiàn)功能。ARM與單片機(jī)學(xué)習(xí)過(guò)程有許多相識(shí)的地方。很多外圍電路適用ARM也適用于單片機(jī)。學(xué)會(huì)ARM核以后，就大致掌握了所有以ARM為核的單片機(jī)。無(wú)論這個(gè)單片機(jī)結(jié)構(gòu)多么復(fù)雜，功能多么強(qiáng)大，也無(wú)論它來(lái)自哪個(gè)廠家。22課件1.1ARM簡(jiǎn)介ARM體系結(jié)構(gòu)

ARM處理器為RISC（reduceinstructionsetcomputing)芯片，其簡(jiǎn)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(jìn)的RISC特點(diǎn)：數(shù)據(jù)處理操作絕大多數(shù)只針對(duì)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(duì)存儲(chǔ)器（內(nèi)存和外存，在CPU外部，存儲(chǔ)器能夠保存的數(shù)據(jù)量大）進(jìn)行操作；通過(guò)load/store指令在寄存器和存儲(chǔ)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(jiǎn)單。簡(jiǎn)單的尋址模式;統(tǒng)一和固定長(zhǎng)度的指令域(32位）簡(jiǎn)化了指令的譯碼。具有大量的寄存器(37個(gè))ARM體系還采用一些特別技術(shù)，見(jiàn)教材第2頁(yè)23課件1.1ARM簡(jiǎn)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(hào)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。25課件1.1ARM簡(jiǎn)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(méi)有商業(yè)化，其特點(diǎn)為：基本的數(shù)據(jù)處理指令(加，減，與，或，非，比較）（這個(gè)版本不包括乘法）；字節(jié)、字和半字加載/存儲(chǔ)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）。26課件1.1ARM簡(jiǎn)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(duì)V3版本作了以下的改進(jìn)：增加了半字加載（LDRH）/存儲(chǔ)（STRH）指令；增加了字節(jié)（LDRSB/STRSB）和半字的加載和符號(hào)擴(kuò)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。29課件1.1ARM簡(jiǎn)介各ARM體系結(jié)構(gòu)版本——V5在V4版本的基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)在指令的定義進(jìn)行了必要的修正，對(duì)V4版本的體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了擴(kuò)展并增加了指令，對(duì)數(shù)字信號(hào)處理

(DSP)算法提供增強(qiáng)算法支持,具體如下：改進(jìn)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(jì)數(shù)(最高有效位前0的個(gè)數(shù)）指令CLZ和軟件斷點(diǎn)指令BKPT；對(duì)乘法指令如何設(shè)置標(biāo)志作了嚴(yán)格的定義。30課件1.1ARM簡(jiǎn)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(diǎn)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(gè)執(zhí)行部件同時(shí)訪問(wèn)內(nèi)存，一次性獲得所有操作數(shù)進(jìn)行運(yùn)算。）功能擴(kuò)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。31課件1.1ARM簡(jiǎn)介各ARM體系結(jié)構(gòu)版本——V7V7A----應(yīng)用程序架構(gòu)通過(guò)多模式和對(duì)基于MMU的虛擬內(nèi)存系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的支持，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)ARM體系結(jié)構(gòu)。

V7B----實(shí)時(shí)架構(gòu)通過(guò)多模式和對(duì)基于MPU(根據(jù)所處模式的訪問(wèn)權(quán)限保護(hù)內(nèi)存)的受保護(hù)內(nèi)存系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的支持。V7M----通過(guò)寄存器硬件堆棧以及對(duì)使用高級(jí)語(yǔ)言寫入中斷處理程序的支持，微控制器架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了專為快速中斷處理而設(shè)計(jì)的程序員模型。

32課件1.1ARM簡(jiǎn)介ARM處理器核簡(jiǎn)介ARM公司開(kāi)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(jiàn)了。目前應(yīng)用比較廣泛的系列是：ARM7ARM9ARM9EARM10SecurCoreXscaleStrongARMARM11E33課件1.1ARM簡(jiǎn)介ARM處理器核簡(jiǎn)介——ARM7該系列包括ARM7TDMI和擴(kuò)充了Jazelle（Java加速器）的ARM7EJ-S等等。高檔的單片機(jī)，除了ARM720T外，都缺少mmu（memorymanagementunit)不能運(yùn)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(dòng)電話、PDA等無(wú)線設(shè)備。34課件1.1ARM簡(jiǎn)介ARM處理器核簡(jiǎn)介——ARM7特點(diǎn)低功耗0.9MIPS/MHz（mips指每秒百萬(wàn)條指令）的3級(jí)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(dá)130MIPS典型芯片

ATMEL公司AT91M40800/55800A；

Samsung公司的S3C44B0/4510B35課件1.2ARM7簡(jiǎn)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(dòng)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(shí)的芯片。36課件1.2ARM7TDMI簡(jiǎn)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；ARM7TDMI37課件1.1ARM簡(jiǎn)介ARM處理器核簡(jiǎn)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(jì)。ARM9系列主要應(yīng)用于無(wú)線通信、儀器儀表、安全系統(tǒng)和機(jī)頂盒等領(lǐng)域。38課件1.1MIPS/MHz的哈佛結(jié)構(gòu)（程序代碼和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間分開(kāi),程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在不同的存儲(chǔ)空間中，有各自的程序總線和數(shù)據(jù)總線），5級(jí)流水線。32位ARM指令集和16位Thumb指令集全性能的MMU(存儲(chǔ)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?jǐn)?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(jiǎn)介

ARM處理器核簡(jiǎn)介——ARM9特點(diǎn)

典型芯片

ATMEL公司AT91RM9200；

Samsung公司的S3C2410

S3C244039課件1.1ARM簡(jiǎn)介ARM處理器核簡(jiǎn)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(diǎn)（VFP）單元VFP10提供高性能的浮點(diǎn)解決方案，從而極大提高了處理器的整型和浮點(diǎn)運(yùn)算性能。可以用于視頻游戲機(jī)和高性能打印機(jī)等場(chǎng)合。40課件支持DSP指令集，適合于需要高速數(shù)字信號(hào)處理的場(chǎng)合。6級(jí)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(diǎn)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?jǐn)?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(dá)400MIPS。內(nèi)嵌并行讀/寫操作部件。1.1ARM簡(jiǎn)介

ARM處理器核簡(jiǎn)介——ARM10特點(diǎn)41課件

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(qiáng)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(yùn)行在350MHz～500MHz，高端產(chǎn)品運(yùn)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(dá)1GHz。1.1ARM簡(jiǎn)介

ARM處理器核簡(jiǎn)介——ARM11E42課件1.1ARM簡(jiǎn)介ARM處理器核簡(jiǎn)介——SecureCore該系列處理器主要針對(duì)新興的安全市場(chǎng)，以一種全新的安全處理器設(shè)計(jì)為智能卡和其它安全I(xiàn)C（集成電路）開(kāi)發(fā)提供獨(dú)特的32位系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并具有特定反偽造方法，從而有助于防止對(duì)硬件和軟件的盜版。43課件1.1ARM簡(jiǎn)介ARM處理器核簡(jiǎn)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(jià)比、低功耗的解決方案，支持16位Thumb指令并集成數(shù)字信號(hào)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：

PXA250/255/270/27244課件Xscale蘋果iPhone手機(jī)45課件ARM體系結(jié)構(gòu)更新46課件第1章目錄8.異常9.復(fù)位10.存儲(chǔ)器及存儲(chǔ)器映射I/O11.尋址方式簡(jiǎn)介12.ARM7指令簡(jiǎn)介13.協(xié)處理器接口14.調(diào)試接口簡(jiǎn)介1.簡(jiǎn)介2.ARM7三級(jí)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47課件1.2ARM7流水線技術(shù)三級(jí)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(dāng)前一條指令結(jié)束之前就開(kāi)始后面的指令，就是通常所說(shuō)的流水線技術(shù)。這樣可使幾個(gè)操作同時(shí)進(jìn)行。ARM7的流水線分3級(jí)，分別為：取指譯碼執(zhí)行48課件取指譯碼執(zhí)行從程序存儲(chǔ)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(jí)流水線功能段劃分PC為某個(gè)正在取址指令所在的地址，確切地說(shuō)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49課件1.2ARM7三級(jí)流水線技術(shù)雖然ARM9和ARM10為5、6級(jí)流水線（流水線級(jí)數(shù)越多，說(shuō)明單位時(shí)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(jī)制（它們完全仿真3級(jí)流水線的行為），因此ARM7上的代碼也可以在ARM9和ARM10上運(yùn)行。50課件第1章目錄1.簡(jiǎn)介2.ARM7三級(jí)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(chǔ)器及存儲(chǔ)器映射I/O11.尋址方式簡(jiǎn)介12.ARM7指令簡(jiǎn)介13.協(xié)處理器接口14.調(diào)試接口簡(jiǎn)介51課件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52課件第1章目錄8.異常9.復(fù)位10.存儲(chǔ)器及存儲(chǔ)器映射I/O11.尋址方式簡(jiǎn)介12.ARM7指令簡(jiǎn)介13.協(xié)處理器接口14.調(diào)試接口簡(jiǎn)介1.簡(jiǎn)介2.ARM7三級(jí)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53課件1.4處理器模式簡(jiǎn)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。54課件處理器模式說(shuō)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(guò)異常切換，如irq（被動(dòng)），swi指令（主動(dòng)）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(jìn)行切換?？焖僦袛?fiq)fastinterruptrequest支持高速數(shù)據(jù)傳輸及通道處理FIQ異常響應(yīng)時(shí)（引腳低電平有效）進(jìn)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(shí)進(jìn)入此模式管理(svc)supervisor操作系統(tǒng)使用的保護(hù)模式（復(fù)位后執(zhí)行bootloader，可以設(shè)置引導(dǎo)某個(gè)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(shí)進(jìn)入此模式數(shù)據(jù)訪問(wèn)中止(abt)abort用于支持虛擬存儲(chǔ)或存儲(chǔ)器保護(hù)當(dāng)存取異常時(shí)進(jìn)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(shí)，會(huì)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(jìn)入此模式1.4處理器模式55課件1.4處理器模式特權(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(因?yàn)闊o(wú)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(shí)進(jìn)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(wèn)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(dāng)用戶模式需要進(jìn)行處理器模式切換時(shí)，應(yīng)用程序可以產(chǎn)生異常處理，如irq（被動(dòng)），swi指令（主動(dòng)）,在異常處理過(guò)程中進(jìn)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)56課件1.4處理器模式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(修改CPSR）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。每種異常模式都有一些獨(dú)立的寄存器，供異常處理使用。57課件1.4處理器模式用戶和系統(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(swi)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,(無(wú)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(shí)進(jìn)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(wèn)所有資源的權(quán)限，并可以通過(guò)指令(mrs/msr)對(duì)CPSR設(shè)置，直接進(jìn)行模式切換。系統(tǒng)(sys)用戶(usr)58課件第一章目錄8.異常9.復(fù)位10.存儲(chǔ)器及存儲(chǔ)器映射I/O11.尋址方式簡(jiǎn)介12.ARM7指令簡(jiǎn)介13.協(xié)處理器接口14.調(diào)試接口簡(jiǎn)介1.簡(jiǎn)介2.ARM7三級(jí)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59課件1.5內(nèi)部寄存器簡(jiǎn)介在ARM處理器內(nèi)部有37個(gè)用戶可見(jiàn)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(wèn)的寄存器也不同。60課件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)StackPointerR13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)LinkRegisterR14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)ProgramCounterR15狀態(tài)寄存器CPSRCurrentProgramStatusRegisterCPSRSPSRSavedProgramStatusRegister無(wú)SPSR_svcSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq61課件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_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無(wú)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(gè)寄存器，分成兩大類：綠色區(qū)：31個(gè)通用寄存器，每個(gè)32位。黃色區(qū)：6個(gè)狀態(tài)寄存器，每個(gè)32位，但目前僅使用其中12位。62課件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_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無(wú)SPSR_svcSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq無(wú)CPSRR15R14R13R12R11R10R9R8R7R6R5R4R3R2R1R0用戶無(wú)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(wèn)的寄存器63課件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_irqR14_fiqR15(PC)R15（即PC）狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無(wú)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。64課件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_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無(wú)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(duì)于任何處理器模式，都使用相同的同一組物理寄存器。65課件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_irqR14_fiqR15(PC)R15（即PC）狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無(wú)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(duì)應(yīng)的物理寄存器取決于當(dāng)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。66課件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_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無(wú)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(gè)分組的物理寄存器。一個(gè)用于除FIQ模式之外的所有模式，另一個(gè)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。67課件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_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無(wú)SPSR_svcSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq一般的通用寄存器寄存器R13、R14分別有6個(gè)分組的物理寄存器。1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。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_svcR1368課件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_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無(wú)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(dāng)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(qiáng)制地使用R13作為堆棧指針。69課件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(shí)，供各模式使用。其中<mode>為下面幾種模式之一：svc、abt、und、irq、fiq70課件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_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無(wú)SPSR_svcSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq鏈接寄存器R14（LR）R14為鏈接寄存器（LRLinkRegister），有兩個(gè)功能：每一種模式自己的R14中,存放當(dāng)前子程序返回地址；當(dāng)發(fā)生異常中斷時(shí)，該模式的R14存放異常中斷的返回地址。71課件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(yǔ)句時(shí)，將調(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)硬件自動(dòng)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；72課件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(shí)，R14保存的是最后一次調(diào)用的返回地址。73課件1.5內(nèi)部寄存器R14寄存器注意要點(diǎn)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(méi)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74課件1.5內(nèi)部寄存器R14寄存器注意要點(diǎn)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(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；未被使用第二次IRQ程序BareturnB...XA返回到第一次IRQ4.如果在第一次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.硬件將返回第一次irq的地址保存在R14_irq寄存器中，原來(lái)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(gè)寄存器或堆棧(如R1,保存返回用戶模式的地址），然后再開(kāi)中斷。在程序A返回時(shí)，使用movpc,r175課件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_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無(wú)SPSR_abtSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq程序計(jì)數(shù)器R15（PC）寄存器R15為程序計(jì)數(shù)器（PCProgramConter），正常執(zhí)行時(shí)，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(duì)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(cè)的。所以建議不要把PC、LR、SP用作一般的通用寄存器。76課件1.5內(nèi)部寄存器寫R15正常操作時(shí)，寫入R15（PC）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)）。LDRPC,=START ;跳轉(zhuǎn)到START地址標(biāo)號(hào)的指令處MOVPC，LR ;跳轉(zhuǎn)到LR指向的位置

77課件ARM中有兩種跳轉(zhuǎn)方式：使用跳轉(zhuǎn)指令；直接向當(dāng)向PC中寫入一個(gè)地址值時(shí)，程序?qū)⑻D(zhuǎn)到該地址執(zhí)行，（馬上進(jìn)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(huì)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，#078課件1.5內(nèi)部寄存器讀R15的限制需要注意，當(dāng)使用STR或STM（批量存儲(chǔ)）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或加12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。79課件SUB R1,PC,#4 ;R1下面STR指令的地址STR PC,[R0] ;將STR指令（當(dāng)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(jì)算偏移量R0=R0-R1XXXXX,XXX

1.5內(nèi)部寄存器讀R15的限制計(jì)算具體芯片偏移量程序代碼：結(jié)合教材p14頁(yè)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(dāng)前正在執(zhí)行指令的地址加上8。此處可能不同。80課件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(shí)際目標(biāo)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(cè)，發(fā)生指令預(yù)取中止中斷。81課件指令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(jìn)制表示最后兩位都是0）字對(duì)齊：四字節(jié)對(duì)齊(為4的倍數(shù)，如0bXX…XXX00與0bXX…XXX00是字對(duì)齊）半字對(duì)齊：兩字節(jié)對(duì)齊(為2的倍數(shù)，如0bXX…XXX0與0bXX…XXX0是半字對(duì)齊）其中X為1或02、地址都是2的倍數(shù)（用二進(jìn)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(duì)齊。字對(duì)齊半字對(duì)齊82課件不同指令版本的對(duì)齊處理在ARMv4和ARMv7中，ARM體系結(jié)構(gòu)所支持的數(shù)據(jù)對(duì)齊行為有明顯不同。 ARMv7支持未對(duì)齊數(shù)據(jù)訪問(wèn)?？梢允褂肅P15寄存器c1中的

A

位控制加載和存儲(chǔ)指令的對(duì)齊要求。(174頁(yè)表5.12)83課件第3章目錄8.異常9.復(fù)位10.存儲(chǔ)器及存儲(chǔ)器映射I/O11.尋址方式簡(jiǎn)介12.ARM7指令簡(jiǎn)介13.協(xié)處理器接口14.調(diào)試接口簡(jiǎn)介1.簡(jiǎn)介2.ARM7三級(jí)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84課件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_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無(wú)SPSR_abtSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq程序狀態(tài)寄存器CPSR

CPSR(CurrentProgramStatusRegister)當(dāng)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(méi)有SPSR)，當(dāng)異常發(fā)生時(shí)SPSR保存CPSR的當(dāng)前值，這樣異常退出時(shí)可通過(guò)SPSR恢復(fù)CPSR。85課件1.6程序狀態(tài)寄存器簡(jiǎn)介ARM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)，其中，只是用了12位包含：4個(gè)條件代碼標(biāo)志（符號(hào)(N)、零(Z)、進(jìn)位(C)和溢出(V)）；2個(gè)中斷禁止位（F/I），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M[4:0]；1個(gè)用于指示當(dāng)前執(zhí)行指令(ARM還是Thumb)的T位。86課件NZCVQ—IM0M1M2M3M4TF—...3130292827268765432101.6程序狀態(tài)寄存器簡(jiǎn)介條件代碼標(biāo)志保留控制位溢出標(biāo)志進(jìn)位或借位擴(kuò)展零符號(hào)標(biāo)志位IRQ禁止FIQ禁止?fàn)顟B(tài)位模式位NZCVIM0M1M2M3M4TFCPSR寄存器的格式87課件1.6程序狀態(tài)寄存器條件代碼標(biāo)志各標(biāo)志位的含義如下：N（Negative)正、負(fù)標(biāo)志，運(yùn)算結(jié)果的最高位bit[31]反映在該標(biāo)志位。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(Zero）零標(biāo)志，指令執(zhí)行結(jié)果為0時(shí)，Z=1（通常表示比較結(jié)果“相等”），否則Z=0；C（Carry）

進(jìn)、借位標(biāo)志，當(dāng)進(jìn)行加法運(yùn)算并且最高位產(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（指單純的移位操作），C為從最高位最后移出的值，其它指令C通常不變；V（oVerflow）

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。88課件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(duì)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(gè)值大小，并進(jìn)行相應(yīng)自加1處理HI

Higher（C=1且Z=0）LS

LowerorSame（C=0或Z=1）89課件1.6程序狀態(tài)寄存器控制位中斷禁止位包括I和F位：當(dāng)I位置位時(shí)，IRQ中斷響應(yīng)被禁止；當(dāng)F位置位時(shí)，F(xiàn)IQ中斷響應(yīng)被禁止。

V4以及更高版本的T系列

T位反映了正在操作的狀態(tài)：當(dāng)T位清零時(shí)，處理器正在ARM狀態(tài)下運(yùn)行；當(dāng)T位置位時(shí)，處理器正在Thumb狀態(tài)下運(yùn)行V5以及更高的版本非T系列，T控制位含義如下：當(dāng)T位清零時(shí)，表示執(zhí)行ARM指令；譯碼階段發(fā)現(xiàn)，T位置位時(shí)，表示強(qiáng)制下一條執(zhí)行的指令產(chǎn)生未定義指令中斷。模式位包括M4、M3、M2、M1和M0，在特權(quán)模式下（除用戶模式），可以設(shè)置CPSR中的這些位進(jìn)行模式切換。M[4:0]模式0b10000用戶0b10001FIQ0b10010IRQ0b10011管理0b10111中止0b11011未定義0b11111系統(tǒng)90課件1.6程序狀態(tài)寄存器簡(jiǎn)介

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。對(duì)CPSR和SPSR可以通過(guò)特殊指令（MSR）進(jìn)行寫入。注意：如果通過(guò)程序修改CPSR寄存器中的模式位bit[4:0]進(jìn)入異常模式，那么硬件將不會(huì)把CPSR保存至SPSR中，而通過(guò)異常發(fā)生進(jìn)入時(shí)硬件會(huì)自動(dòng)將CPSR放入SPSR。91課件1.6程序狀態(tài)寄存器CPSR中的其他位（保留位）CPSR中的保留位被保留，將來(lái)可能使用。為了提高程序的可移植性，不要修改這些保留位。另外，請(qǐng)確保程序的運(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。92課件第一章目錄8.異常9.復(fù)位10.存儲(chǔ)器及存儲(chǔ)器映射I/O11.尋址方式簡(jiǎn)介12.ARM7指令簡(jiǎn)介13.協(xié)處理器接口14.調(diào)試接口簡(jiǎn)介1.簡(jiǎn)介2.ARM7三級(jí)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93課件1.7ARM體系中存儲(chǔ)系統(tǒng)

ARM地址空間的大小為4GBARM處理器支持下列數(shù)據(jù)類型：字節(jié)(Byte)8位半字(Half-Word)16位=2個(gè)字節(jié)字(Word)32位=4個(gè)字節(jié)一條ARM指令是（32位、4個(gè)字節(jié)、1個(gè)字）94課件ARM體系結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器格式（1）

大端格式（BigEndian)

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。

小端格式(LittleEndian)

字?jǐn)?shù)據(jù)的高字節(jié)存儲(chǔ)在高地址中，而字?jǐn)?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95課件ARM體系結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器格式（2）(8H)=0x0B0A0908(4H)=0x07060504(0H)=0x03020100BigEndianLittleEndian0H1H2H3H0H1H2H3H字?jǐn)?shù)據(jù)的高字節(jié)存儲(chǔ)在低地址中，字?jǐn)?shù)據(jù)的低字節(jié)存儲(chǔ)在高地址中。字?jǐn)?shù)據(jù)的高字節(jié)存儲(chǔ)在高地址中，字?jǐn)?shù)據(jù)的低字節(jié)存儲(chǔ)在低地址中。031031低地址高地址低地址高地址(8H)=0x0B0A0908(4H)=0x07060504(0H)=0x0302010096課件1.10存儲(chǔ)器及存儲(chǔ)器映射I/O存儲(chǔ)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97課件ARM體系結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器格式（3）r0=0x11223344STRr0,