ARM體系的7種工作模式

注解：

可以通過軟件來進(jìn)行模式切換，或者發(fā)生各類中斷、異常時(shí)CPU自動進(jìn)入相應(yīng)的模式；

用戶模式與系統(tǒng)模式兩者使用相同的寄存器，都沒有SPSR（Saved Program Statement Register，已保存程序狀態(tài)寄存器），但系統(tǒng)模式比用戶模式有更高的權(quán)限；

系統(tǒng)復(fù)位或開機(jī)時(shí)則進(jìn)入到SVC模式下；

當(dāng)遇到軟中斷（SWI，Software Interrupt）時(shí)，也將進(jìn)入到SVC模式下；

進(jìn)入特權(quán)模式是為了處理中斷、異常、或者訪問被保護(hù)的系統(tǒng)資源；

ARM中斷模式（IRQ）和快速中斷模式（FIQ）區(qū)別：

1. FIQ的優(yōu)先級比IRQ高。

2. IRQ可以被FIQ所中斷，但FIQ不能被IRQ所中斷，在處理FIQ時(shí)必須要關(guān)閉中斷。

3. FIQ模式下，比IRQ模式多了幾個(gè)獨(dú)立的寄存器。

不要小看這幾個(gè)寄存器，ARM在編譯的時(shí)候，如果你FIQ中斷處理程序足夠用這幾個(gè)獨(dú)立的寄存器來運(yùn)作，它就不會進(jìn)行通用寄存器的壓棧，這樣也省了一些時(shí)間。

4. FIQ的中斷向量地址在0x1C，而IRQ的在0x18。(也有的在FFFF001C以及FFFF0018)

寫過完整匯編系統(tǒng)的都比較明白這點(diǎn)的差別，18只能放一條指令（18-1c 4個(gè)字節(jié)），為了不與1C處的FIQ沖突，這個(gè)地方只能跳轉(zhuǎn)，而FIQ不一樣，1C以后沒有任何中斷向量表了，這樣可以直接在1C處放FIQ的中斷處理程序，由于跳轉(zhuǎn)的范圍限制，至少少了一條跳轉(zhuǎn)指令。

5.IRQ和FIQ的響應(yīng)延遲有區(qū)別

IRQ的響應(yīng)并不及時(shí)，從Verilog仿真來看，IRQ會延遲幾個(gè)指令周期才跳轉(zhuǎn)到中斷向量處，看起來像是在等預(yù)取的指令執(zhí)行完。FIQ的響應(yīng)不清楚，也許比IRQ快。

二、ARM體系的CPU有兩種工作狀態(tài)

1、ARM：32位，ARM狀態(tài)執(zhí)行字對齊的32位ARM指令。

2、THumb：16位，執(zhí)行半字對齊的16位指令

注：1、ARM和Thumb兩種狀態(tài)之間的切換不影響處理器的工作模式和寄存器的內(nèi)容。

2、ARM處理器在處理異常時(shí)，不過處理器處于什么狀態(tài)，則都將切換到ARM狀態(tài)。

　 3、CPU上電處于ARM狀態(tài)

三、寄存器

ARM有31個(gè)通用的32位寄存器，6個(gè)32位程序狀態(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；

四、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；

五、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；

六、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；