第2章 arm微處理器的編程模型

1、1第2章ARM微處理器的編程模型微處理器的編程模型本章簡介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)的存儲格式、處理器異常等，通過對本章的閱讀，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)計相關(guān)的基本技術(shù)細節(jié)，為以后的程序設(shè)計打下基礎(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)在開始本章之前，首先對字

2、（Wd）、半字（HalfWd）、字節(jié)（Byte）的概念作一個說明：字（Wd）：在ARM體系結(jié)構(gòu)中，字的長度為32位，而在8位16位處理器體系結(jié)構(gòu)中，字的長度一般為16位，請讀者在閱讀時注意區(qū)分。半字（HalfWd）：在ARM體系結(jié)構(gòu)中，半字的長度為16位，與8位16位處理器體系結(jié)構(gòu)中字的長度一致。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)的長度均為8位。2.1ARM微處理器的工作狀態(tài)微處理器的工作狀態(tài)從編程的角

3、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)，此時處理器執(zhí)行32位的字對齊的ARM指令；－第二種為Thumb狀態(tài)，此時處理器執(zhí)行16位的、半字對齊的Thumb指令。當ARM微處理器執(zhí)行32位的ARM指令集時，工作在ARM狀態(tài)；當ARM微處理器執(zhí)行16位的Thumb指令集時，工作在Thumb狀態(tài)。在程序的執(zhí)行過程中，微處理器可以隨時在兩種工作狀態(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

4、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微處理器在開始執(zhí)行代碼時，應(yīng)該處于ARM狀態(tài)。進入Thumb狀態(tài)：當操作數(shù)寄存器的狀態(tài)位（位0）為1時，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，當處理器處于Thumb狀態(tài)時發(fā)生異常（如IRQ、FIQ、Undef、Abt、SWI等），則異常處理返回時，自動切換到Thu

5、mb狀態(tài)。進入ARM狀態(tài)：當操作數(shù)寄存器的狀態(tài)位為0時，執(zhí)行BX指令時可以使微處理器從Thumb狀態(tài)切換到ARM狀態(tài)。此外，在處理器進行異常處理時，把PC指針放入異常模式鏈接寄存器中，并從異常向量地址開始執(zhí)行程32.3指令長度及數(shù)據(jù)類型指令長度及數(shù)據(jù)類型ARM微處理器的指令長度可以是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)類型，其中，字需要4字

6、節(jié)對齊（地址的低兩位為0）、半字需要2字節(jié)對齊（地址的最低位為0）。2.4處理器模式處理器模式ARM微處理器支持7種運行模式，分別為：─用戶模式（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)使用的保護模式─數(shù)據(jù)訪問終止模式(abt)：當數(shù)據(jù)或指令預(yù)取終止時進入該模式，可用于虛擬存儲及存儲保護。─系統(tǒng)模式（sys）：運

7、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）：當未定義的指令執(zhí)行時進入該模式，可用于支持硬件協(xié)處理器的軟件仿真。ARM微處理器的運行模式可以通過軟件改變，也可以通過外部中斷或異常處理改變。大多數(shù)的應(yīng)用程序運行在用戶模式下，當處理器運行在用戶模式下時，某些被保護的系統(tǒng)資源是不能被訪問的。除用戶模式以外，其余的所有6種模式稱之為非用戶模式，或特權(quán)模式（PrivilegedModes）；其中除去用戶模式和系統(tǒng)模式以外的5種又稱為異

8、常模式（ExceptionModes），常用于處理中斷或異常，以及需要訪問受保護的系統(tǒng)資源等情況。2.5寄存器組織寄存器組織ARM微處理器共有37個32位寄存器，其中31個為通用寄存器，6個為狀態(tài)寄存器。但是這些寄存器不能被同時訪問，具體哪些寄存器是可編程訪問的，取決微處理器的工作狀態(tài)及具體的運行模式。但在任何時候，通用寄存器R14～R0、程序計數(shù)器PC、一個或兩個狀態(tài)寄存器都是可訪問的。2.5.1ARM狀態(tài)下的寄存器組織狀態(tài)下的寄存器