ARM处理器的7种工作模式以及内部寄存器分析

 ARM 有7个基本工作模式:
User : 非特权模式，大部分任务执行在这种模式
FIQ :   当一个高优先级（fast) 中断产生时将会进入这种模式
IRQ :   当一个低优先级（normal) 中断产生时将会进入这种模式
Supervisor :当复位或软中断指令执行时将会进入这种模式
Abort : 当存取异常时将会进入这种模式
Undef : 当执行未定义指令时会进入这种模式

System : 使用和User模式相同寄存器集的特权模式

除User（用户模式）是Normal（普通模式）外，其他6种都是Privilege（特权模式）。
Privilege中除Sys模式外，其余5种为异常模式。
各种模式的切换，可以是程序员通过代码主动切换（通过写CPSR寄存器）；也可以是CPU在某些情况下自动切换。
各种模式下权限和可以访问的寄存器不同。

CPSR中各个bit位表明了CPU的某些状态信息，这些信息非常重要，和后面学到的汇编指令息息相关（譬如BLE指令中的E就和CPSR中的Z标志位有关）
CPSR中的I、F位和开中断、关中断有关
CPSR中的mode位（bit4～bit0共5位）决定了CPU的工作模式，在uboot代码中会使用汇编进行设置。

http://www.cnblogs.com/kwseeker-bolgs/p/4491532.html  文章源码地址，在此表示感谢

ARM体系的7种工作模式

一、ARM体系的CPU有以下7种工作模式：

		用户模式（usr）   　　　　　 大多数程序运行于用户模式
特权模式		系统模式（sys）　　　　 　　运行具有特权的操作系统任务
	异常模式	中断模式（irq）
		快速中断模式（fiq）　　　　  必须进快处理中断请求，并离开这个模式
		管理模式（svc） 　　　　　　操作系统使用的保护模式
		数据访问终止模式（abt） 　　数据或指令预取终止时进入该模式
		未定义指令终止模式（und）   未定义的指令执行时进入该模式

注解：

可以通过软件来进行模式切换，或者发生各类中断、异常时CPU自动进入相应的模式；

用户模式与系统模式两者使用相同的寄存器，都没有SPSR（Saved Program Statement Register，已保存程序状态寄存器），但系统模式比用户模式有更高的权限；

系统复位或开机时则进入到SVC模式下；

当遇到软中断（SWI，Software Interrupt）时，也将进入到SVC模式下；

进入特权模式是为了处理中断、异常、或者访问被保护的系统资源；

ARM中断模式（IRQ）和快速中断模式（FIQ）区别：

1. FIQ的优先级比IRQ高。

2. IRQ可以被FIQ所中断，但FIQ不能被IRQ所中断，在处理FIQ时必须要关闭中断。

 

3. FIQ模式下，比IRQ模式多了几个独立的寄存器。

 

不要小看这几个寄存器，ARM在编译的时候，如果你FIQ中断处理程序足够用这几个独立的寄存器来运作，它就不会进行通用寄存器的压栈，这样也省了一些时间。

 

4. FIQ的中断向量地址在0x0000001C，而IRQ的在0x00000018。(也有的在FFFF001C以及FFFF0018)

 

写过完整汇编系统的都比较明白这点的差别，18只能放一条指令（18-1c 4个字节），为了不与1C处的FIQ冲突，这个地方只能跳转，而FIQ不一样，1C以后没有任何中断向量表了，这样可以直接在1C处放FIQ的中断处理程序，由于跳转的范围限制，至少少了一条跳转指令。

 

5.IRQ和FIQ的响应延迟有区别

 

IRQ的响应并不及时，从Verilog仿真来看，IRQ会延迟几个指令周期才跳转到中断向量处，看起来像是在等预取的指令执行完。FIQ的响应不清楚，也许比IRQ快。

 

二、ARM体系的CPU有两种工作状态

1、ARM： 32位，ARM状态执行字对齐的32位ARM指令。

2、THumb： 16位，执行半字对齐的16位指令

 

注：1、ARM和Thumb两种状态之间的切换不影响处理器的工作模式和寄存器的内容。

 

     2、ARM处理器在处理异常时，不过处理器处于什么状态，则都将切换到ARM状态。

 

　  3、CPU上电处于ARM状态

三、寄存器

ARM有31个通用的32位寄存器，6个32位程序状态寄存器，共分为7组，有些寄存器是所有工作模式共用的，还有一些寄存器专属于每一种工作模式；

R13——栈指针寄存器，用于保存堆栈指针；

R14——程序连接寄存器，当执行BL子程序调用指令时，R14中得到R15的备份，而当发生中断或异常时，R14保存R15的返回值；

R15——程序计数器；

快速中断模式有7个备份寄存器R8—R14，这使得进入快速中断模式执行很大部分程序时，甚至不需要保存任何寄存器；

其它特权模式都含有两个独立的寄存器副本R13、R14，这样可以令每个模式都拥有自己的堆栈指针和连接寄存器；

 

四、当前程序状态寄存器（CPSR）

CPSR中各位意义如下：

T位：1——CPU处于Thumb状态， 0——CPU处于ARM状态；

I、F（中断禁止位）： 1——禁止中断， 0——中断使能；

工作模式位：可以改变这些位，进行模式切换；

五、程序状态保存寄存器（SPSR）

当切换进入某一个特权模式时，SPSR保存前一个工作模式的CPSR值，这样，当返回前一个工作模式时，可以将SPSR的值恢复到CPSR中；

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六、模式切换

当异常发生，CPU进入相应的异常模式时，以下工作是由CPU自动完成的：

1、在异常模式的R14中保存前一工作模式的下一条即将执行的指令地址；

2、将CPSR的值复制到异常模式的SPSR中；

3、将CPSR的工作模式设为该异常模式对应的工作模式；

4、令PC值等于这个异常模式在异常向量表中的地址，即跳转去执行异常向量表中的相应指令；

从异常工作模式退回到之前的工作模式时，需要由软件来完成以下工作：

1、将异常模式的R14减去一个适当的值（4或8）后赋给PC寄存器；

2、将异常模式SPSR的值赋给CPSR；