ARM體系結(jié)構(gòu)百度文庫

1、ARM體系結(jié)構(gòu)廣恢教育第二章ARM體系結(jié)構(gòu) 2.1 ARM處理器工作狀態(tài) 2.2 ARM處理器工作模式 2.3 ARM寄存器 2.4 ARM的異常中斷 2.5 ARM的存儲體系 2.6 ARM片上總線21 ARM處理器工作犬態(tài) ARM狀態(tài)。32位，ARM狀態(tài)卜執(zhí)行字對齊的32位 ARM指令。 Thumb狀態(tài)。16位，Thumb狀態(tài)下執(zhí)行半字對齊 的16位Thumb指令。在程序執(zhí)行的過程中，處理器可在2中狀態(tài)下切換。切換時不影響處理器的模式國寄心器的內(nèi)容。兩種指令集自相應(yīng)的狀態(tài)切換命令。 ARM處理器開始執(zhí)行代碼的時候.只能處于ARM狀態(tài)22 ARM處理器工作犁式ARM微處理器支持7種工作模式

2、用戶模式(usr) : ARM的正常運行模式，通常用來執(zhí)行一般的應(yīng) 用程序。 快速中斷模式(fiq):由外部觸發(fā)，用于高速數(shù)據(jù)傳輸或通道處 理。 外部中斷模式(irq):由外部觸發(fā)，用于般的外部屮斷處理。 管理模式(SVC):操作系統(tǒng)使用的保護模式。 中止模式(abt)：數(shù)據(jù)或者指令預(yù)取指出現(xiàn)錯誤或者丹常時進入該 模式，用于焜擬內(nèi)存或存儲保護。 系統(tǒng)模式(sys)：運行具有特權(quán)的操作系統(tǒng)任務(wù)。 未定義模式(und):當未怎義的指令執(zhí)行時進入該模式，可用于 文持硬件協(xié)處理器的軟件仿貞"除了用戶模式外，其他模式均可視為特權(quán)模式22 ARM處理器工作辱式改變ARM處理器匚作模式的方法:軟件

3、改變，改變CPSR4:0位 外部中斷響應(yīng)異常處理2.3 ARM寄存器 ARM總共有37個寄存器，31個通川寄仔器，和6個狀態(tài)寄存器， 但并不是同時可見的。 R0R7：未分組寄存器。 R8R14 :分紐寄存器。 R15：程序計數(shù)器PC。 R13 (SP):在ARM中常用作堆棧指針，應(yīng)用程序初始化 R13,使其指向開曲模式專用的堆棧。 R14(LR)： link register,放代當前子程序返冋地址或界常模式 返回拖址。 R15： Program Counter (PC) CPSR (Current Program Status Register)當前程序狀態(tài)寄存器。 SPSR (Saved

4、Program Status Register)備份程序狀態(tài)寄存器，spsr用程序異常中斷請保存被中斷的程序狀態(tài)2.3 ARM寄存器ARM狀態(tài)下的通用需存as與夜序汁數(shù)聒bysfeni & UserFIQSupervisorAboutIRGUndefined卜、= 分18竊TT2f9關(guān)于PSR寄存器PSR分為CPSR和SPSR,它彳門的格工弋111同。Control d tsCondition code flagsOverflowCnrry or borrow or oxtond ZonoMugulrvo or ly lh«n1 1 131 30 29 28 27 26 25

5、 24 238ii76543210|n|z|c|v|-|-|-|-|-|£_龍I | F | T |M4|M3|M2|Ml|M0|IIKzlodo bits Slnlo bit FIQ di&nbic IRQ NZVC：指令作運算時的標志位。 I FT： 1=1 禁 il:IRQ, F=1 禁 il:FIQ, T=1 執(zhí)行 thumb 指令。 Mode bitsUser： 10000Abort： 10111 FIQ： 10001Undefined： 11011 IRQ： 10010System: 11111 Supervisor： 10011運行模式位M4： 0叩具體含義M4

6、: 0處理器模式可訪問的寄存器Ob 10000用尸模式PC, CPSR, R14R0Ob 10001FIQ模式PC, CPSR, SPSRfiq. R14_fiq. R2_fq R7R0OblOOlOIRQ模式PC, CPSRSPSR.irq, R14_irq, R13-irq.Rl 2R0OblOOll管理模式PC, CPSR, SPSRsvc, R14_svc, R13_svc,Rl 2R0OblOll1中止模式PC, CPSR, SPSR abt R14 合bt, R13_abtR12R0ObllOll未定文模式PC, CPSR, SPSR_und, RIJund, R13_und, R

7、12 ROOblUU系換模式PC, CPSR （ ARM74 以本）,R14R09條件碼標志的具體含冬標志位含 義N （負標志當用兩個補碼表示的帝符號數(shù)進行運算時，N=1表示運算的結(jié)果為負數(shù)，N=0表 示運算的結(jié)果為正數(shù)或寒 N位與運算結(jié)果的最高位相同Z （零標志2=4忠示運算的結(jié)果為黑 K 農(nóng)示運算的結(jié)卑為非零C （進垃標志可以有4種方法設(shè)置C的值：加法運算（包括比較指令CMN）：當運算結(jié)果產(chǎn) 生了洪位時（無符號數(shù)溢出，C=b否則ODi減法運算（包括比較指令CMP）: 當運算時發(fā)生了借位無符號數(shù)下溢出C=8,否則C=le對干包含移位換作的 m頃慷運算指令.C為移位操作中最時移出住的值。對于其

8、他的非加堿運算指令， C的值通需不改變V （溢出）標志可以有2種方法設(shè)置V的值：對于加僦法運算指令，當操作數(shù)和運算結(jié)果為二 進制的補碼稷示的帶符號數(shù)時，V-1表示符號位溢出。對于其他的非加備運算指 令，V的值赴常不改變。具休可參考各指令的說明102.4 ARM的異常中斷 復(fù)位(reset):當處理器的復(fù)位引腳有效時，系統(tǒng)產(chǎn)生復(fù)位中斷， 程序跳到中斷處理程序處執(zhí)行。復(fù)位屮斷發(fā)生的情況： 系統(tǒng)加電時 系統(tǒng)復(fù)位時 跳轉(zhuǎn)到復(fù)位中斷向量處(0x00000000) 未疋義抬令(undefined instruction):當ARM處理器或者是系 統(tǒng)屮的協(xié)處理器認為當前指令未定義時，產(chǎn)生未定義的指令異 常處

9、理。 軟件中斷(software interrupt):冇用戶定義的中斷指令，在實 時操作系統(tǒng)中町以通過該機制實現(xiàn)系統(tǒng)功能的調(diào)用。2.4 ARM的異常屮斷抬令預(yù)取1|' il:(prefech abort):如果處理器預(yù)取的 指令的地址不存在，或者該地環(huán)不允許當前指令訪 問，處理器產(chǎn)生指令預(yù)取中止異常處理。數(shù)堆訪問屮I上(data Abort):如采數(shù)據(jù)訪問指令的 目標血址木右在,或看該血址入允許占前指令訪問, 處理器產(chǎn)生數(shù)據(jù)訪問屮止異常處理。外部屮斷請求0 RQ):當處理器的外部中斷請求引 腳有效，而且CPSR寄心器的I控制位被清除時，處 理器產(chǎn)生外部屮斷請求(IRQ)異常處理?？焖?/p>

10、111斷請求(FIQ):當處理器的外部快速中斷請求 引腳有效，而R.CPSR寄存器的F控制位被清除時， 處理器產(chǎn)生快速屮斷請求(FIQ)界常處理。2.4 ARM的異常中斷開常中斷類型復(fù)位未定義指今開常中斷模式管理模式未定義模式向量地址0x000000000x00000004優(yōu)先級（1最拓）16軟件屮斷（SWI）指令預(yù)取中止管理模式中止模式0x00000008OxOOOOOOOC65數(shù)據(jù)訪冋中止保留IRQ （外部中斷請求）FIQ （快速中斷請求）中止棋式0x000000100x000000140x00000018 OxOOOOOOlC2IRQ模式FIQ模式43ARM處理器對異常中斷的響應(yīng)過程進入

11、異常中斷的過程（山內(nèi)核門動完成） 保/rPC-4值到新的異常模式的Lr中，以便處理完異常后，能 正確返回原程序。 保存CPSR到新的異常模式的SPSR屮。強制改變Mode bits,使ARM進入相應(yīng)的運行模式。 強制PC值，設(shè)置成該界常模式的向量地址，從而跳轉(zhuǎn)到和應(yīng)的 異常處理程序處執(zhí)行程岸。 設(shè)置CPSR中的中斷禁止位，以禁I上中斷發(fā)牛。 從異常中斷返回的過程（需編程實現(xiàn)）山鏈接寄存器LR的值恢復(fù)PC,返回到發(fā)生斤常中斷的指令的 下條指令處執(zhí)行程序。從 SPSR 恢復(fù) CPSRo清除中斷屏蔽位。注：當一個異常發(fā)生時,ARM處理器總是切換到ARM狀態(tài)（L!卩非Thumb狀態(tài)）.1425 ARM

12、的存儲體系存儲器格式12高地址345678低地址Little Endian format低位字節(jié)存放在低地址如:0x123456781：存儲器中的存儲順序如圖所示。25 ARM的存儲體系存儲器格式78高地址5612低地址Big Endian format高位字節(jié)存放在低地址如:0x123456781：存儲器中的存儲順序如圖所示1726 ARM片上總線 AM BAAdvanced Microcontroller BusArchitecture （先進的微控制器總線體系結(jié)構(gòu)） AM BA總線定義3種規(guī)范 AHBAdvaneed High-performance Bus:用于連接高件能、 高吞吐量的系統(tǒng)模塊,如:CPU、DMA和DSP。它