基于ARM的嵌入式系統(tǒng)程序開發(fā)要點(diǎn)(五)
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在前面的文章中提到過,很多情況下應(yīng)用程序需要在ARM跟Thumb狀態(tài)之間相互切換,這部分就討論交互工作的實(shí)現(xiàn)方法和一些注意問題。
1需要交互的原因
前面提到過,Thumb指令在某些特殊情況下具有比ARM指令更為出色的表現(xiàn),主要是在代碼長度和窄帶寬存儲器系統(tǒng)性能兩方面。正是因?yàn)門humb指令在特定環(huán)境下的優(yōu)勢,它在很多方面得到了廣泛應(yīng)用。但是因?yàn)橄旅嬉恍┰?Thumb又不可能獨(dú)立地組成一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)。
◇ Thumb指令集在功能上只是ARM指令集的一個(gè)子 集,某些功能只能在ARM狀態(tài)下執(zhí)行,如CPSR和 協(xié)處理器的訪問。
◇ 進(jìn)行異常響應(yīng)時(shí),處理器會自動進(jìn)入ARM狀態(tài)。
◇ 從系統(tǒng)優(yōu)化考慮,在寬帶存儲器上不應(yīng)該放置 Thumb代碼,很多窄帶系統(tǒng)具有寬帶的內(nèi)部存儲器。
◇ 即使是一個(gè)單純的Thumb應(yīng)用系統(tǒng),也必須加一 個(gè)匯編的交互頭程序,因?yàn)橄到y(tǒng)總是自動從ARM 開始啟動。
所以,不可避免地會產(chǎn)生ARM與Thumb之間交互的問題。
2狀態(tài)切換的實(shí)現(xiàn)
處理器在 ARM/Thumb之間的狀態(tài)切換是通過一條專用的跳轉(zhuǎn)交換指令BX來實(shí)現(xiàn)的。BX指令以通用寄存器（R0~R15）為操作數(shù),通過拷貝Rn到PC來實(shí)現(xiàn) 4GB空間范圍內(nèi)的一個(gè)絕對跳轉(zhuǎn)。BX利用Rn寄存器中存儲的目標(biāo)地址值的最后一位來判斷跳轉(zhuǎn)后的狀態(tài)。如圖1所示,是用BX指令實(shí)現(xiàn)狀態(tài)切換。
無論ARM還是Thumb,其指令存儲在存儲器中都是邊界對齊的（4字節(jié)或2字節(jié)對齊）。因此,在執(zhí)行跳轉(zhuǎn)過程中,PC寄存器中的最低位肯定被舍棄,不起作用。在BX指令的執(zhí)行過程中,最低位正好被用作狀態(tài)判斷的標(biāo)識,不會造成存儲器訪問不對齊的錯(cuò)誤。
圖 2 中是一段直接進(jìn)行狀態(tài)切換的例程：
下面是一段直接進(jìn)行狀態(tài)切換的例程。
;從ARM狀態(tài)開始
CODE32 ;匯編關(guān)鍵字
ADR R0, Into_Thumb+1 ;得到目標(biāo)地址,末位置1, ;轉(zhuǎn)向Thumb
BX R0 ;執(zhí)行 ? ;其它代碼
CODE16 ;匯編關(guān)鍵字
Into_Thumb ;Thumb代碼段起始地址
… ;Thumb代碼
ADR R5, Back_to_ARM ;得到目標(biāo)地址,末位缺 ;省為0,轉(zhuǎn)向ARM
BX R5 ;執(zhí)行
… ;其它代碼
CODE32 ;匯編關(guān)鍵字
Back_to_ARM ;ARM代碼段起始地址
我們知道,在ARM的狀態(tài)寄存器CPSR 中,bit-5是狀態(tài)控制位T-bit,決定當(dāng)前處理器的運(yùn)行狀態(tài)。如果直接修改CPSR的狀態(tài)位,也能夠達(dá)到改變處理器運(yùn)行狀態(tài)的目的。但是這樣會帶來一個(gè)問題,因?yàn)锳RM采用多級流水線的結(jié)構(gòu),所以在程序執(zhí)行過程中,指令流水線上會存在幾條預(yù)取指令（具體數(shù)目視流水線級數(shù)而不同）。當(dāng)修改CPSR的 T-bit后,狀態(tài)的轉(zhuǎn)變會造成流水線上預(yù)取指令的執(zhí)行錯(cuò)誤。而如果用BX指令,則執(zhí)行后會進(jìn)行流水線的刷新動作,清除流水線上的殘余指令,在新的狀態(tài)下重新開始指令預(yù)取,從而保證狀態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)指令流的正確銜接。
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