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;

ARM体系的7种工作模式_第1张图片

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;

 

 

 

 

转载于:https://www.cnblogs.com/kwseeker-bolgs/p/4491532.html

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