ARM處理器模式和片內(nèi)寄存器， ARM 異常及中斷
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一、存儲(chǔ)器格式（字對(duì)齊）：
Arm體系結(jié)構(gòu)將存儲(chǔ)器看做是從零地址開始的字節(jié)的線性組合。從零字節(jié)到三字節(jié)放置第一個(gè)存儲(chǔ)的字（32位）數(shù)據(jù)，從第四個(gè)字節(jié)到第七個(gè)字節(jié)放置第二個(gè)存儲(chǔ)的字?jǐn)?shù)據(jù)，一次排列。作為32位的微處理器，arm體系結(jié)構(gòu)所支持的最大尋址空間為4GB。
存儲(chǔ)器格式
1、大端格式：高字節(jié)在低地址，低字節(jié)在高地址；
2、小端格式：高字節(jié)在高地址，低字節(jié)在低地址；
指令長(zhǎng)度：
Arm微處理器的指令長(zhǎng)度是32位的，也可以為16位（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字節(jié)對(duì)齊，半字需要2字節(jié)對(duì)齊。
注：所謂的指令長(zhǎng)度是一條完整的指令的長(zhǎng)度，而不是單純的mov這3個(gè)字母長(zhǎng)度
二、ARM體系的CPU有兩種工作狀態(tài)
1、ARM狀態(tài)：處理器執(zhí)行32位的字對(duì)齊的ARM指令；
2、Thumb狀態(tài)：處理器執(zhí)行16位的、半字對(duì)齊的Thumb指令；
在程序運(yùn)行的過(guò)程中，可以在兩種狀態(tài)之間進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換。處理器工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)變并不影響處理器的工作模式和相應(yīng)寄存器中的內(nèi)容。
CPU上電處于ARM狀態(tài)
三、ARM體系的CPU有以下7種工作模式：
1、用戶模式(Usr)：用于正常執(zhí)行程序；
2、快速中斷模式(FIQ)：用于高速數(shù)據(jù)傳輸；
3、外部中斷模式(IRQ)：用于通常的中斷處理；
4、管理模式(svc)：操作系統(tǒng)使用的保護(hù)模式；
5、數(shù)據(jù)訪問(wèn)終止模式(abt)：當(dāng)數(shù)據(jù)或指令預(yù)取終止時(shí)進(jìn)入該模式，可用于虛擬存儲(chǔ)以及存儲(chǔ)保護(hù)；
6、系統(tǒng)模式(sys)：運(yùn)行具有特權(quán)的操作系統(tǒng)任務(wù)；
7、未定義指令中止模式(und)：當(dāng)未定義的指令執(zhí)行時(shí)進(jìn)入該模式，可用于支持硬件；
ARM Context-A*架構(gòu)的有8中模式
這里所指的片內(nèi)寄存器是指CPU內(nèi)部的寄存器， 而控制GPIO的寄存器屬于外設(shè)。
參考：http://infocenter.arm.com/help/index.jsp arm官網(wǎng)對(duì)應(yīng)系列文檔
Arm的工作模式切換有兩種方法：
被動(dòng)切換：在arm運(yùn)行的時(shí)候產(chǎn)生一些異?；蛘咧袛鄟?lái)自動(dòng)進(jìn)行模式切換
主動(dòng)切換：通過(guò)軟件改變，即軟件設(shè)置寄存器來(lái)經(jīng)行arm的模式切換，應(yīng)為arm的工作模式都是可以通過(guò)相應(yīng)寄存器的賦值來(lái)切換的。
Tips：當(dāng)處理器運(yùn)行在用戶模式下，某些被保護(hù)的系統(tǒng)資源是不能被訪問(wèn)的。
除用戶模式外，其余6種工作模式都屬于特權(quán)模式；
特權(quán)模式中除了系統(tǒng)模式以外的其余5種模式稱為異常模式；
大多數(shù)程序運(yùn)行于用戶模式；
進(jìn)入特權(quán)模式是為了處理中斷、異常、或者訪問(wèn)被保護(hù)的系統(tǒng)資源；
四、寄存器
ARM有31個(gè)通用的32位寄存器，6個(gè)程序狀態(tài)寄存器，共分為7組，有些寄存器是所有工作模式共用的，還有一些寄存器專屬于每一種工作模式；
R13——棧指針寄存器，用于保存堆棧指針；
R14——程序連接寄存器，當(dāng)執(zhí)行BL子程序調(diào)用指令時(shí)，R14中得到R15的備份，而當(dāng)發(fā)生中斷或異常時(shí)，R14保存R15的返回值；
R15——程序計(jì)數(shù)器；
快速中斷模式有7個(gè)備份寄存器R8—R14，這使得進(jìn)入快速中斷模式執(zhí)行很大部分程序時(shí)，甚至不需要保存任何寄存器；
其它特權(quán)模式都含有兩個(gè)獨(dú)立的寄存器副本R13、R14，這樣可以令每個(gè)模式都擁有自己的堆棧指針和連接寄存器；
五、當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器（CPSR）
CPSR中各位意義如下：
T位：1——CPU處于Thumb狀態(tài)， 0——CPU處于ARM狀態(tài)；
I、F（中斷禁止位）： 1——禁止中斷， 0——中斷使能；
工作模式位：可以改變這些位，進(jìn)行模式切換；
六、程序狀態(tài)保存寄存器（SPSR）
當(dāng)切換進(jìn)入某一個(gè)特權(quán)模式時(shí)，SPSR保存前一個(gè)工作模式的CPSR值，這樣，當(dāng)返回前一個(gè)工作模式時(shí)，可以將SPSR的值恢復(fù)到CPSR中；
七、模式切換
當(dāng)異常發(fā)生，CPU進(jìn)入相應(yīng)的異常模式時(shí)，以下工作是由CPU自動(dòng)完成的：
1、在異常模式的R14中保存前一工作模式的下一條即將執(zhí)行的指令地址；
2、將CPSR的值到異常模式的SPSR中；
3、將CPSR的工作模式設(shè)為該異常模式對(duì)應(yīng)的工作模式；
4、令PC值等于這個(gè)異常模式在異常向量表中的地址，即跳轉(zhuǎn)去執(zhí)行異常向量表中的相應(yīng)指令；
從異常工作模式退回到之前的工作模式時(shí)，需要由軟件來(lái)完成以下工作：
1、將異常模式的R14減去一個(gè)適當(dāng)?shù)闹担?或8）后賦給PC寄存器；
2、將異常模式SPSR的值賦給CPSR；
ARM 有七種異常，當(dāng)異常發(fā)生時(shí)，ARM core 會(huì)自動(dòng)執(zhí)行 Vector Table 中的指令。
ARM 的七種異常及在 Vector Table 種的偏移：
異常 | 模式 | 向量表偏移 |
復(fù)位（reset） | SVC | +0x00 |
未定義指令 | UND | +0x04 |
軟件中斷（SWI） | SVC | +0x08 |
預(yù)取指終止 | ABT | +0x0c |
數(shù)據(jù)終止 | ABT | +0x10 |
未分配 | -- | +0x14 |
IRQ | IRQ | +0x18 |
FIQ | FIQ | +0x1c |
ARM V4 以下版本 Vector Table 的地址為 0x00000000，V4 以上版本 Vector Table 地址可在 0x00000000，0xFFFF0000 間進(jìn)行選擇。
ARM 構(gòu)架下，中斷為異常的一種。以中斷為例，當(dāng)接收到中斷后，ARM core 首先將當(dāng)前模式下的 CPSR，PC 寄存器分別保存到異常模式下的 SPSR，LR 寄存器，然后將目標(biāo)模式的 PC 寄存器值設(shè)為地址 0x00000018（或0xFFFF0018），最后切換到目標(biāo)模式----即 IRQ 模式。切換到目標(biāo)模式后執(zhí)行的第一條指令便是地址 0x00000018（或0xFFFF0018）上的指令。此處一般為一個(gè)跳轉(zhuǎn)指令，用于跳轉(zhuǎn)執(zhí)行中斷處理函數(shù)。其它異常處理方式相似。
S3C6410 中有個(gè) 32KBIROM（internel ROM），里面固化了一段程序。其開頭就是一個(gè) Vector Table。以 IROM 模式啟動(dòng)時(shí)，IROM 被映射到 0x00000000 位置，所以執(zhí)行的第一條指令便是 Vector Table 中的 Reset 異常跳轉(zhuǎn)指令(ARM core 上電時(shí)在 0 地址取第一條指令)。我們可以利用此 IROM 的異常向量表實(shí)現(xiàn) u-boot 下的中斷處理。
剛上電，初始化中斷，使S3C6410 能接收并處理中斷。中斷發(fā)生后，先執(zhí)行 0x00000018 中的異常跳轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)去執(zhí)行 IROM 中的中斷處理函數(shù)。此處理函數(shù)很簡(jiǎn)單：將 0x0C001FF8 （落于 SRAM 地址范圍）處的值賦給 PC。所以，我們可將我們自己的中斷處理函數(shù)的入口地址存于 0x0C001FF8 處，當(dāng)中斷發(fā)生后，便會(huì)自動(dòng)調(diào)用我們的中斷處理函數(shù)。其它異常的實(shí)現(xiàn)方法類似，只是 0x0C001FF8 要改成別的值。具體為何值，需分析 IROM 中的代碼。
S3C6410 IROM 的反匯編代碼，可以在網(wǎng)上搜索到?；蛘咭部梢宰约禾崛∵M(jìn)行反匯編。
評(píng)論