ARM的7种工作模式、37个通用寄存器、CPSR程序状态寄存器

一、ARM 采用的是32位架构

1、ARM约定

Byte：8 bits

Halfword：16 bits (2 byte)

Word：32 bits (4 byte)

2、大部分ARM core 提供

ARM 指令集（32-bit） 每条指令都是4个字节？

Thumb 指令集（16-bit ）

Thumb2指令集（16 & 32bit）

二、ARM的7种基本工作模式

普通模式（Normal）

（1）User：非特权模式，大部分任务执行在这种模式

特权模式（Privilege）

（2）FIQ：当一个高优先级（fast) 中断产生时将会进入这种模式

（3）IRQ：当一个低优先级（normal) 中断产生时将会进入这种模式

（4）Supervisor：当复位或软中断指令执行时将会进入这种模式（SVC模式）

（5）Abort：当存取异常时将会进入这种模式

（6）Undef：当执行未定义指令时会进入这种模式

（7）System：使用和User模式相同寄存器集的特权模式。

• 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。
• 同一时刻只处于其中一种模式。
• 操作系统有安全级别要求，因此CPU设计多种模式是为了方便操作系统的多种角色安全等级需要。
• 不同模式下，对资源的访问权限不一样。

三、37个通用寄存器

1、寄存器分类和区别

（1）SoC中有2类寄存器：通用寄存器和SFR

• 通用寄存器（ARM中有37个）是CPU的组成部分，CPU的很多活动都需要通用寄存器的支持和参与。
• SFR（special function register，特殊功能寄存器）属于外设硬件的组成部分，我们通过访问外设的SFR来编程操控这个外设，这就是硬件编程控制的方法。

（2）通用寄存器没有地址，通过寄存器名字来访问；而特殊功能寄存器有地址。

（3）寄存器是外设硬件的软件编程接口API。使用软件编程控制某一硬件，其实就是编程读写该硬件的寄存器。

2、37个通用寄存器

（1）ARM总共有37个寄存器，但是每种模式下最多只能看到18个寄存器，其他寄存器虽然名字相同但是在当前模式不可见。

• 对r13这个名字来说，在ARM中共有6个名叫r13（又叫sp，栈指针）的寄存器，但是在每种特定处理器模式下，只有一个r13是当前可见的，其他的r13必须切换到他的对应模式下才能看到。这种设计叫影子寄存器（banked register）。

（2）ARM共有37个寄存器，都是32位长度。

• 30个为“通用”型；
• 1个固定用作PC（Program control register，程序控制寄存器，PC指向哪里，CPU就会执行哪条指令，因此只有一个）；
• 1个固定用作CPSR（程序状态寄存器，用来记录当前cpu的状态，因此只有一个）；
• 5个固定用作5种异常模式下的SPSR（Saved Program Status Register，程序状态保存寄存器，用来保存CPSR的，返回时将spsr赋给cpsr）。

（3） lr用来存储返回地址。

（4）第二幅图中带颜色的，表示每种模式下特有的寄存器。

四、CPSR程序状态寄存器

 

（1）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）。

（2）CPSR中的I、F位和开中断、关中断有关。

（3）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。