ARM7體系結(jié)構(gòu)專業(yè)講堂

第3章ARM7體系結(jié)構(gòu)第3章目錄1.簡(jiǎn)介2.ARM7TDMI3.ARM7TDMI的模塊和內(nèi)部框圖4.體系結(jié)構(gòu)直接支持的數(shù)據(jù)類型5.處理器狀態(tài)6.處理器模式7.內(nèi)部存放器8.程序狀態(tài)存放器9.異常10.中斷延遲11.復(fù)位12.存儲(chǔ)器及存儲(chǔ)器映射I/O13.尋址方式簡(jiǎn)介14.ARM7指令簡(jiǎn)介15.協(xié)處理器接口16.調(diào)試接口簡(jiǎn)介17.ETM接口簡(jiǎn)介第3章目錄1.ARM體系結(jié)構(gòu)2.ARM7TDMI3.ARM7TDMI的模塊和內(nèi)部框圖4.體系結(jié)構(gòu)直接支持的數(shù)據(jù)類型5.處理器狀態(tài)6.處理器模式7.內(nèi)部存放器8.程序狀態(tài)存放器9.異常10.中斷延遲11.復(fù)位12.存儲(chǔ)器及存儲(chǔ)器映射I/O13.尋址方式簡(jiǎn)介14.ARM7指令簡(jiǎn)介15.協(xié)處理器接口16.調(diào)試接口簡(jiǎn)介17.ETM接口簡(jiǎn)介3.1ARM簡(jiǎn)介ARM體系結(jié)構(gòu)ARM處理器為RISC芯片，其簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)使ARM內(nèi)核非常小，這使得器件的功耗也非常低。它具有經(jīng)典RISC的特點(diǎn)：大的、統(tǒng)一的寄存器文件；裝載/保存結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)處理操作只針對(duì)寄存器的內(nèi)容，而不直接對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行操作；簡(jiǎn)單的尋址模式;統(tǒng)一和固定長(zhǎng)度的指令域，簡(jiǎn)化了指令的譯碼。3.1ARM簡(jiǎn)介ARM體系結(jié)構(gòu)ARM體系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：每條數(shù)據(jù)處理指令都對(duì)算術(shù)邏輯單元和移位器控制，以實(shí)現(xiàn)ALU和移位器的最大利用；地址自動(dòng)增加和減少尋址模式，優(yōu)化程序循環(huán)；多寄存器裝載和存儲(chǔ)指令實(shí)現(xiàn)最大數(shù)據(jù)吞吐量;所有指令的條件執(zhí)行實(shí)現(xiàn)最快速的代碼執(zhí)行。第3章目錄1.簡(jiǎn)介2.ARM7TDMI3.ARM7TDMI的模塊和內(nèi)部框圖4.體系結(jié)構(gòu)直接支持的數(shù)據(jù)類型5.處理器狀態(tài)6.處理器模式7.內(nèi)部存放器8.程序狀態(tài)存放器9.異常10.中斷延遲11.復(fù)位12.存儲(chǔ)器及存儲(chǔ)器映射I/O13.尋址方式簡(jiǎn)介14.ARM7指令簡(jiǎn)介15.協(xié)處理器接口16.調(diào)試接口簡(jiǎn)介17.ETM接口簡(jiǎn)介3.2ARM7TDMI簡(jiǎn)介ARM7TDMI基于ARM體系結(jié)構(gòu)V4版本，是目前低端的ARM核。具有廣泛的應(yīng)用，其最顯著的應(yīng)用為數(shù)字移動(dòng)電話。注意：“ARM核〞并不是芯片，ARM核與其它部件如RAM、ROM、片內(nèi)外設(shè)組合在一起才能構(gòu)成現(xiàn)實(shí)的芯片。3.2ARM7TDMI簡(jiǎn)介ARM7TDMI支持32位尋址范圍，并彌補(bǔ)了ARM6不能在低于5V電源電壓下工作的缺乏。ARM7TDMI的后綴意義為：支持高密度16位的Thumb指令集；支持片上調(diào)試；支持64位乘法；支持EmbededICE觀察硬件；ARM7TDMI的可綜合（synthesizable）版本（軟核），對(duì)應(yīng)用工程師來說其編程模型與ARM7TDMI一致；ARM7TDMI-S3.2ARM7TDMI簡(jiǎn)介ARM7TDMI處理器是ARM通用32位微處理器家族的成員之一。它具有優(yōu)異的性能，但功耗卻很低，使用門的數(shù)量也很少。它屬于精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)〔RISC〕，比復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)〔CISC〕要簡(jiǎn)單得多。這樣的簡(jiǎn)化實(shí)現(xiàn)了：高的指令吞吐量；出色的實(shí)時(shí)中斷響應(yīng)；小的、高性價(jià)比的處理器宏單元。3.2ARM7TDMI三級(jí)流水線ARM7TDMI處理器使用流水線來增加處理器指令流的速度。這樣可使幾個(gè)操作同時(shí)進(jìn)行，并使處理和存儲(chǔ)器系統(tǒng)連續(xù)操作，能提供0.9MIPS/MHz的指令執(zhí)行速度。ARM7TDMI的流水線分3級(jí)，分別為：取指

譯碼

執(zhí)行3.2ARM7TDMI三級(jí)流水線正常操作過程中，在執(zhí)行一條指令的同時(shí)對(duì)下一條指令進(jìn)行譯碼，并將第三條指令從存儲(chǔ)器中取出。這三條指令之間的位置關(guān)系如下表所示：流水線上各指令的地址流水線工位描述ARM指令集Thumb指令集PCPC取指指令從存儲(chǔ)器中取出PC-4PC-2譯碼對(duì)指令使用的寄存器進(jìn)行譯碼PC-8PC-4執(zhí)行從寄存器組中讀出寄存器，執(zhí)行移位和ALU操作，寄存器被寫回到寄存器組中3.2ARM7TDMI存儲(chǔ)器訪問ARM7TDMI處理器使用了馮·諾依曼〔VonNeumann〕結(jié)構(gòu)，指令和數(shù)據(jù)共用一條32位總線。只有裝載、存儲(chǔ)和交換指令可以對(duì)存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問。數(shù)據(jù)可以是字節(jié)〔8位〕、半字〔16位〕或者字〔32位〕。3.2ARM7TDMI存儲(chǔ)器訪問計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)說明：“馮·諾依曼〞結(jié)構(gòu)：把代碼作為一種特殊的數(shù)據(jù)來操作，指令總線和數(shù)據(jù)總線及其存儲(chǔ)區(qū)域是統(tǒng)一的；“哈佛〞結(jié)構(gòu)：指令總線和數(shù)據(jù)總線及其存儲(chǔ)區(qū)是分開、獨(dú)立的。3.2ARM7TDMI存儲(chǔ)器訪問ARM7TDMI處理器的存儲(chǔ)器接口可以使?jié)撛诘男阅艿靡詫?shí)現(xiàn)，這樣減少了存儲(chǔ)器的使用。對(duì)速度有嚴(yán)格要求的控制信號(hào)使用流水線，這樣使系統(tǒng)控制功能以標(biāo)準(zhǔn)的低功耗邏輯實(shí)現(xiàn)。ARM7TDMI處理器的存儲(chǔ)器周期有4個(gè)根本類型：內(nèi)部周期；非連續(xù)的周期；連續(xù)的周期；協(xié)處理器存放器的傳輸周期。第3章目錄1.簡(jiǎn)介2.ARM7TDMI3.ARM7TDMI的模塊和內(nèi)部框圖4.體系結(jié)構(gòu)直接支持的數(shù)據(jù)類型5.處理器狀態(tài)6.處理器模式7.內(nèi)部存放器8.程序狀態(tài)存放器9.異常10.中斷延遲11.復(fù)位12.存儲(chǔ)器及存儲(chǔ)器映射I/O13.尋址方式簡(jiǎn)介14.ARM7指令簡(jiǎn)介15.協(xié)處理器接口16.調(diào)試接口簡(jiǎn)介17.ETM接口簡(jiǎn)介3.3ARM7TDMI的模塊和內(nèi)核框圖ARM7TDMI模塊框圖EmbeddedICE-RTCPUDBGRNG(0)DBGRNG(1)DBGEXT(0)DBGEXT(1)TAP數(shù)據(jù)總線ADDR[31:0]LOCKWRITESIZE[1:0]PROT[1:0]TRANS[1:0]WDATA[31:0]RDATA[31:0]DBGTDIDBGnTRSTDBGTMSDBGTCKENDBGTDO宏單元控制器協(xié)處理器接口信號(hào)掃描鏈1掃描鏈2EmbeddedICE-RT3.3ARM7TDMI的模塊和內(nèi)核框圖ARM7TDMI內(nèi)核框圖地址存放器存放器組31*32位存放器〔6個(gè)狀態(tài)存放器〕地址增加器乘法器桶形移位器32位ALU寫數(shù)據(jù)存放器指令管線讀數(shù)據(jù)存放器Thumb指令譯碼器指令譯碼和控制邏輯ADDR[31:0]CLKCLENCFGBIGENDnIRQnFIQnRESETABORTLOCKWRITESIZE[1:0]PROT[1:0]TRANS[1:0]DBG輸出DBG輸入CP控制CP握手WDATA[31:0]RDATA[31:0]掃描調(diào)試控制3.3ARM7TDMI的模塊和內(nèi)核框圖ARM7TDMI功能框圖LPC2378的功能框圖ARM7TDMI-SCPUAHBToVPBEMCVICI2C串行接口SPI串行接口UART0&1CAN看門狗定時(shí)器系統(tǒng)控制外部中斷TIMER0/1ADC通用I/OPWM0實(shí)時(shí)時(shí)鐘SRAMFlashAHB總線ARM7局部總線系統(tǒng)功能第3章目錄1.簡(jiǎn)介2.ARM7TDMI3.ARM7TDMI的模塊和內(nèi)部框圖4.體系結(jié)構(gòu)直接支持的數(shù)據(jù)類型5.處理器狀態(tài)6.處理器模式7.內(nèi)部存放器8.程序狀態(tài)存放器9.異常10.中斷延遲11.復(fù)位12.存儲(chǔ)器及存儲(chǔ)器映射I/O13.尋址方式簡(jiǎn)介14.ARM7指令簡(jiǎn)介15.協(xié)處理器接口16.調(diào)試接口簡(jiǎn)介17.ETM接口簡(jiǎn)介3.4體系結(jié)構(gòu)直接支持的數(shù)據(jù)類型體系結(jié)構(gòu)直接支持的數(shù)據(jù)類型ARM處理器支持以下數(shù)據(jù)類型：字節(jié)8位半字16位〔必須分配為占用兩個(gè)字節(jié)〕字32為〔必須分配為占用4各字節(jié)〕1112342體系結(jié)構(gòu)直接支持的數(shù)據(jù)類型注意：V4版本之后的ARM結(jié)構(gòu)都支持這3種結(jié)構(gòu)〔包括V4版本〕，而以前的版本只支持字節(jié)和字；當(dāng)數(shù)據(jù)類型定義為無符號(hào)型時(shí)，N位數(shù)據(jù)值使用正常的二進(jìn)制格式表示范圍為0～2N-1的非負(fù)整數(shù)；當(dāng)數(shù)據(jù)類型定義為有符號(hào)型時(shí)，N位數(shù)據(jù)值使用2的補(bǔ)碼格式表示范圍為-2N-1～+2N-1-1的整數(shù)；3.4體系結(jié)構(gòu)直接支持的數(shù)據(jù)類型體系結(jié)構(gòu)直接支持的數(shù)據(jù)類型注意：所有數(shù)據(jù)操作，例如ADD，都以字為單位；裝載和保存指令可以對(duì)字節(jié)、半字和字進(jìn)行操作，當(dāng)裝載字節(jié)或半字時(shí)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)零擴(kuò)展或符號(hào)擴(kuò)展；ARM指令的長(zhǎng)度剛好是1個(gè)字〔分配為占用4個(gè)字節(jié)〕，Thumb指令的長(zhǎng)度剛好是半字〔占用2個(gè)字節(jié)〕。3.4體系結(jié)構(gòu)直接支持的數(shù)據(jù)類型第3章目錄1.簡(jiǎn)介2.ARM7TDMI3.ARM7TDMI的模塊和內(nèi)部框圖4.體系結(jié)構(gòu)直接支持的數(shù)據(jù)類型5.處理器狀態(tài)6.處理器模式7.內(nèi)部存放器8.程序狀態(tài)存放器9.異常10.中斷延遲11.復(fù)位12.存儲(chǔ)器及存儲(chǔ)器映射I/O13.尋址方式簡(jiǎn)介14.ARM7指令簡(jiǎn)介15.協(xié)處理器接口16.調(diào)試接口簡(jiǎn)介17.ETM接口簡(jiǎn)介3.5處理器狀態(tài)處理器狀態(tài)ARM7TDMI處理器內(nèi)核使用V4T版本的ARM結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包含32位ARM指令集和16位Thumb指令集。因此ARM7TDMI處理器有兩種操作狀態(tài)：ARM狀態(tài)：32位，這種狀態(tài)下執(zhí)行的是字方式的ARM指令；Thumb狀態(tài)：16位，這種狀態(tài)下執(zhí)行半字方式的Thumb指令。注意：兩個(gè)狀態(tài)之間的切換并不影響處理器模式或存放器內(nèi)容。3.5處理器狀態(tài)處理器狀態(tài)使用BX指令將ARM7TDMI內(nèi)核的操作狀態(tài)在ARM狀態(tài)和Thumb狀態(tài)之間進(jìn)行切換〔詳見第4章〕，程序如下所示。;從Arm狀態(tài)切換到Thumb狀態(tài)LDRR0,=Lable+1BXR0;從Thumb狀態(tài)切換到ARM狀態(tài)LDRR0,=LableBXR0地址最低位為1，表示切換到Thumb狀態(tài)地址最低位為0，表示切換到ARM狀態(tài)跳轉(zhuǎn)地址標(biāo)號(hào)第3章目錄1.簡(jiǎn)介2.ARM7TDMI3.ARM7TDMI的模塊和內(nèi)部框圖4.體系結(jié)構(gòu)直接支持的數(shù)據(jù)類型5.處理器狀態(tài)6.處理器模式7.內(nèi)部存放器8.程序狀態(tài)存放器9.異常10.中斷延遲11.復(fù)位12.存儲(chǔ)器及存儲(chǔ)器映射I/O13.尋址方式簡(jiǎn)介14.ARM7指令簡(jiǎn)介15.協(xié)處理器接口16.調(diào)試接口簡(jiǎn)介17.ETM接口簡(jiǎn)介3.6處理器模式簡(jiǎn)介ARM體系結(jié)構(gòu)支持7種處理器模式，分別為：用戶模式、快中斷模式、中斷模式、管理模式、中止模式、未定義模式和系統(tǒng)模式，如下表所示。這樣的好處是可以更好的支持操作系統(tǒng)并提高工作效率。ARM7TDMI完全支持這七種模式。處理器模式說明備注用戶(usr)正常程序工作模式不能直接切換到其它模式系統(tǒng)(sys)用于支持操作系統(tǒng)的特權(quán)任務(wù)等與用戶模式類似，但具有可以直接切換到其它模式等特權(quán)快中斷(fiq)支持高速數(shù)據(jù)傳輸及通道處理FIQ異常響應(yīng)時(shí)進(jìn)入此模式中斷(irq)用于通用中斷處理IRQ異常響應(yīng)時(shí)進(jìn)入此模式管理(svc)操作系統(tǒng)保護(hù)代碼系統(tǒng)復(fù)位和軟件中斷響應(yīng)時(shí)進(jìn)入此模式中止(abt)用于支持虛擬內(nèi)存和/或存儲(chǔ)器保護(hù)在ARM7TDMI沒有大用處未定義(und)支持硬件協(xié)處理器的軟件仿真未定義指令異常響應(yīng)時(shí)進(jìn)入此模式3.6處理器模式處理器模式3.6處理器模式特權(quán)模式處理器模式說明備注用戶(usr)正常程序工作模式不能直接切換到其它模式系統(tǒng)(sys)用于支持操作系統(tǒng)的特權(quán)任務(wù)等與用戶模式類似，但具有可以直接切換到其它模式等特權(quán)快中斷(fiq)支持高速數(shù)據(jù)傳輸及通道處理FIQ異常響應(yīng)時(shí)進(jìn)入此模式中斷(irq)用于通用中斷處理IRQ異常響應(yīng)時(shí)進(jìn)入此模式管理(svc)操作系統(tǒng)保護(hù)代碼系統(tǒng)復(fù)位和軟件中斷響應(yīng)時(shí)進(jìn)入此模式中止(abt)用于支持虛擬內(nèi)存和/或存儲(chǔ)器保護(hù)在ARM7TDMI沒有大用處未定義(und)支持硬件協(xié)處理器的軟件仿真未定義指令異常響應(yīng)時(shí)進(jìn)入此模式除用戶模式外，其它模式均為特權(quán)模式。ARM內(nèi)部存放器和一些片內(nèi)外設(shè)在硬件設(shè)計(jì)上只允許〔或者可選為只允許〕特權(quán)模式下訪問。此外，特權(quán)模式可以自由的切換處理器模式，而用戶模式不能直接切換到別的模式。未定義(und)中止(abt)管理(svc)中斷(irq)快中斷(fiq)系統(tǒng)(sys)3.6處理器模式異常模式處理器模式說明備注用戶(usr)正常程序工作模式不能直接切換到其它模式系統(tǒng)(sys)用于支持操作系統(tǒng)的特權(quán)任務(wù)等與用戶模式類似，但具有可以直接切換到其它模式等特權(quán)快中斷(fiq)支持高速數(shù)據(jù)傳輸及通道處理FIQ異常響應(yīng)時(shí)進(jìn)入此模式中斷(irq)用于通用中斷處理IRQ異常響應(yīng)時(shí)進(jìn)入此模式管理(svc)操作系統(tǒng)保護(hù)代碼系統(tǒng)復(fù)位和軟件中斷響應(yīng)時(shí)進(jìn)入此模式中止(abt)用于支持虛擬內(nèi)存和/或存儲(chǔ)器保護(hù)在ARM7TDMI沒有大用處未定義(und)支持硬件協(xié)處理器的軟件仿真未定義指令異常響應(yīng)時(shí)進(jìn)入此模式未定義(und)中止(abt)管理(svc)中斷(irq)快中斷(fiq)這五種模式稱為異常模式。它們除了可以通過程序切換進(jìn)入外，也可以由特定的異常進(jìn)入。當(dāng)特定的異常出現(xiàn)時(shí)，處理器進(jìn)入相應(yīng)的模式。每種異常模式都有一些獨(dú)立的存放器，以防止異常退出時(shí)用戶模式的狀態(tài)不可靠。3.6處理器模式用戶和系統(tǒng)模式處理器模式說明備注用戶(usr)正常程序工作模式不能直接切換到其它模式系統(tǒng)(sys)用于支持操作系統(tǒng)的特權(quán)任務(wù)等與用戶模式類似，但具有可以直接切換到其它模式等特權(quán)快中斷(fiq)支持高速數(shù)據(jù)傳輸及通道處理FIQ異常響應(yīng)時(shí)進(jìn)入此模式中斷(irq)用于通用中斷處理IRQ異常響應(yīng)時(shí)進(jìn)入此模式管理(svc)操作系統(tǒng)保護(hù)代碼系統(tǒng)復(fù)位和軟件中斷響應(yīng)時(shí)進(jìn)入此模式中止(abt)用于支持虛擬內(nèi)存和/或存儲(chǔ)器保護(hù)在ARM7TDMI沒有大用處未定義(und)支持硬件協(xié)處理器的軟件仿真未定義指令異常響應(yīng)時(shí)進(jìn)入此模式這兩種模式都不能由異常進(jìn)入，而且它們使用完全相同的存放器組。系統(tǒng)模式是特權(quán)模式，不受用戶模式的限制。操作系統(tǒng)在該模式下訪問用戶模式的存放器就比較方便，而且操作系統(tǒng)的一些特權(quán)任務(wù)可以使用這個(gè)模式訪問一些受控的資源。系統(tǒng)(sys)用戶(usr)模式切換例如USERMODEEQU 0x10FIQMODE EQU 0x11IRQMODE EQU 0x12SVCMODE EQU 0x13ABORTMODEEQU 0x17UNDEFMODEEQU 0x1bMODEMASKEQU 0x1fNOINT EQU 0xc0

mrs r0,cpsrbic r0,r0,#MODEMASKorr r1,r0,#UNDEFMODE|NOINTmsr cpsr_cxsf,r1 ;UndefModeldr sp,=UndefStack

orr r1,r0,#ABORTMODE|NOINTmsr cpsr_cxsf,r1 ;AbortModeldr sp,=AbortStack第3章目錄1.簡(jiǎn)介2.ARM7TDMI3.ARM7TDMI的模塊和內(nèi)部框圖4.體系結(jié)構(gòu)直接支持的數(shù)據(jù)類型5.處理器狀態(tài)6.處理器模式7.內(nèi)部存放器8.程序狀態(tài)存放器9.異常10.中斷延遲11.復(fù)位12.存儲(chǔ)器及存儲(chǔ)器映射I/O13.尋址方式簡(jiǎn)介14.ARM7指令簡(jiǎn)介15.協(xié)處理器接口16.調(diào)試接口簡(jiǎn)介17.ETM接口簡(jiǎn)介3.7內(nèi)部存放器簡(jiǎn)介在ARM7TDMI處理器內(nèi)部有37個(gè)用戶可見的存放器。在不同的工作模式和處理器狀態(tài)下，程序員可以訪問的存放器也不盡相同。寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實(shí)際訪問的寄存器用戶系統(tǒng)管理中止未定義中斷快中斷通用寄存器和程序計(jì)數(shù)器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無SPSR_abtSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiqARM狀態(tài)各模式下的存放器寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實(shí)際訪問的寄存器用戶系統(tǒng)管理中止未定義中斷快中斷通用寄存器和程序計(jì)數(shù)器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無SPSR_abtSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiqARM狀態(tài)各模式下的存放器SPSR_fiqSPSR_irqSPSR_undSPSR_abtSPSR_abtCPSRR15R14_fiqR14_irqR14_undR14_abtR14_svcR14R13_fiqR13_irqR13_undR13_abtR13_svcR13R12_fiqR12R11_fiqR11R10_fiqR10R9_fiqR9R8_fiqR8R7R6R5R4R3R2R1R0所有的37個(gè)存放器，分成兩大類：31個(gè)通用32位存放器；6個(gè)狀態(tài)存放器。寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實(shí)際訪問的寄存器用戶系統(tǒng)管理中止未定義中斷快中斷通用寄存器和程序計(jì)數(shù)器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無SPSR_abtSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq無CPSRR15R14R13R12R11R10R9R8R7R6R5R4R3R2R1R0用戶無CPSRR15R14R13R12R11R10R9R8R7R6R5R4R3R2R1R0系統(tǒng)SPSR_abtCPSRR15R14_svcR13_svcR12R11R10R9R8R7R6R5R4R3R2R1R0管理SPSR_abtCPSRR15R14_abtR13_abtR12R11R10R9R8R7R6R5R4R3R2R1R0中止SPSR_undCPSRR15R14_undR13_undR12R11R10R9R8R7R6R5R4R3R2R1R0未定義SPSR_irqCPSRR15R14_irqR13_irqR12R11R10R9R8R7R6R5R4R3R2R1R0中斷SPSR_fiqCPSRR15R14_fiqR13_fiqR12_fiqR11_fiqR10_fiqR9_fiqR8_fiqR7R6R5R4R3R2R1R0快中斷ARM狀態(tài)各模式下可以訪問的存放器寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實(shí)際訪問的寄存器用戶系統(tǒng)管理中止未定義中斷快中斷通用寄存器和程序計(jì)數(shù)器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無SPSR_svcSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq一般的通用存放器R13_fiqR13_irqR13_undR13_abtR13_svcR13R12_fiqR12R11_fiqR11R10_fiqR10R9_fiqR9R8_fiqR8R7R6R5R4R3R2R1R0在匯編語(yǔ)言中存放器R0～R13為保存數(shù)據(jù)或地址值的通用存放器。它們是完全通用的存放器，不會(huì)被體系結(jié)構(gòu)作為特殊用途，并且可用于任何使用通用存放器的指令。寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實(shí)際訪問的寄存器用戶系統(tǒng)管理中止未定義中斷快中斷通用寄存器和程序計(jì)數(shù)器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無SPSR_abtSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq一般的通用存放器R13_fiqR13_irqR13_undR13_abtR13_svcR13R12_fiqR12R11_fiqR11R10_fiqR10R9_fiqR9R8_fiqR8R7R6R5R4R3R2R1R0R7R6R5R4R3R2R1R0其中R0～R7為未分組的存放器，也就是說對(duì)于任何處理器模式，這些存放器都對(duì)應(yīng)于相同的32位物理存放器。寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實(shí)際訪問的寄存器用戶系統(tǒng)管理中止未定義中斷快中斷通用寄存器和程序計(jì)數(shù)器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無SPSR_abtSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq一般的通用存放器R14_fiqR14_irqR14_undR14_abtR14_svcR14R13_fiqR13_irqR13_undR13_abtR13_svcR13R12_fiqR12R11_fiqR11R10_fiqR10R9_fiqR9R8_fiqR8存放器R8～R14為分組存放器。它們所對(duì)應(yīng)的物理存放器取決于當(dāng)前的處理器模式，幾乎所有允許使用通用存放器的指令都允許使用分組存放器寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實(shí)際訪問的寄存器用戶系統(tǒng)管理中止未定義中斷快中斷通用寄存器和程序計(jì)數(shù)器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無SPSR_abtSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq一般的通用存放器R12_fiqR12R11_fiqR11R10_fiqR10R9_fiqR9R8_fiqR8存放器R8～R12有兩個(gè)分組的物理存放器。一個(gè)用于除FIQ模式之外的所有存放器模式，另一個(gè)用于FIQ模式。這樣在發(fā)生FIQ中斷后，可以加速FIQ的處理速度。寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實(shí)際訪問的寄存器用戶系統(tǒng)管理中止未定義中斷快中斷通用寄存器和程序計(jì)數(shù)器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無SPSR_abtSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq一般的通用存放器存放器R13、R14分別有6個(gè)分組的物理存放器。一個(gè)用于用戶和系統(tǒng)模式，其余5個(gè)分別用于5種異常模式。R14_fiqR14_irqR14_undR14_abtR14_svcR14R13_fiqR13_irqR13_undR13_abtR13_svcR13寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實(shí)際訪問的寄存器用戶系統(tǒng)管理中止未定義中斷快中斷通用寄存器和程序計(jì)數(shù)器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無SPSR_abtSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq堆棧指針存放器R13〔SP〕存放器R13常作為堆棧指針〔SP〕。在ARM指令集當(dāng)中，沒有以特殊方式使用R13的指令或其它功能，只是習(xí)慣上都這樣使用。但是在Thumb指令集中存在使用R13的指令。寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實(shí)際訪問的寄存器用戶系統(tǒng)管理中止未定義中斷快中斷通用寄存器和程序計(jì)數(shù)器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無SPSR_abtSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq鏈接存放器R14〔LR〕R14為鏈接存放器〔LR〕，在結(jié)構(gòu)上有兩個(gè)特殊功能：在每種模式下，模式自身的R14版本用于保存子程序返回地址；當(dāng)發(fā)生異常時(shí)，將R14對(duì)應(yīng)的異常模式版本設(shè)置為異常返回地址〔有些異常有一個(gè)小的固定偏移量〕。Lable程序A程序BR143.7內(nèi)部存放器R14存放器與子程序調(diào)用BLLable地址A???MOVPC,LRR14(地址A)Lable???1.程序A執(zhí)行過程中調(diào)用程序B；操作流程2.程序跳轉(zhuǎn)至標(biāo)號(hào)Lable，執(zhí)行程序B。同時(shí)硬件將“BLLable〞指令的下一條指令所在地址存入R14；3.程序B執(zhí)行最后，將R14存放器的內(nèi)容放入PC，返回程序A；3.7內(nèi)部存放器R14存放器與異常發(fā)生異常發(fā)生時(shí)，程序要跳轉(zhuǎn)至異常效勞程序，對(duì)返回地址的處理與子程序調(diào)用類似，都是由硬件完成的。區(qū)別在于有些異常有一個(gè)小常量的偏移。3.7內(nèi)部存放器R14存放器注意要點(diǎn)當(dāng)發(fā)生異常嵌套時(shí)，這些異常之間可能會(huì)發(fā)生沖突。例如：如果用戶在用戶模式下執(zhí)行程序時(shí)發(fā)生了IRQ中斷，用戶模式存放器不會(huì)被破壞。但是如果允許在IRQ模式下的中斷處理程序重新使能IRQ中斷，并且發(fā)生了嵌套的IRQ中斷時(shí)，外部中斷處理程序保存在R14_irq中的任何值都將被嵌套中斷的返回地址所覆蓋。3.7內(nèi)部存放器R14存放器注意要點(diǎn)R14R14_irq用戶模式下的程序IRQ模式下的程序AareturnB...XA地址A地址A1.執(zhí)行用戶模式下的程序；2.發(fā)生IRQ中斷，硬件將某個(gè)地址存入IRQ模式下的R14_irq存放器，用戶模式下的R14沒有被破壞；3.IRQ效勞程序A執(zhí)行完畢，將R14_irq存放器的內(nèi)容減去某個(gè)常量后存入PC，返回之前被中斷的程序；未被破壞3.7內(nèi)部存放器R14存放器注意要點(diǎn)R14R14_irq用戶模式下的程序IRQ模式下的程序AaB...XA地址A地址A1.執(zhí)行用戶模式下的程序；2.發(fā)生IRQ中斷，硬件將某個(gè)地址存入IRQ模式下的R14_irq存放器，用戶模式下的R14沒有被破壞；3.IRQ效勞程序A執(zhí)行完畢，將R14_irq存放器的內(nèi)容減去某個(gè)常量后存入PC，返回之前被中斷的程序；未被破壞IRQ模式下的程序BareturnB...XA地址B地址B4.如果在IRQ處理程序中翻開IRQ中斷，并且再次發(fā)生IRQ中斷，或者調(diào)用子程序；5.硬件將返回地址保存在R14_irq存放器中，原來保存的返回地址將被覆蓋，造成錯(cuò)誤；被破壞6.在程序B返回到程序A，然后在返回到用戶模式下被中斷的程序時(shí)，發(fā)生錯(cuò)誤，將不能正確返回；returnreturn解決方法是確保R14的對(duì)應(yīng)版本在發(fā)生中斷嵌套時(shí)不再保存任何有意義的值〔將R14入棧〕，或者切換到其它處理器模式下。寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實(shí)際訪問的寄存器用戶系統(tǒng)管理中止未定義中斷快中斷通用寄存器和程序計(jì)數(shù)器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無SPSR_abtSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq程序計(jì)數(shù)器R15〔PC〕存放器R15為程序計(jì)數(shù)器〔PC〕，它指向正在取指的地址?？梢哉J(rèn)為它是一個(gè)通用存放器，但是對(duì)于它的使用有許多與指令相關(guān)的限制或特殊情況。如果R15使用的方式超出了這些限制，那么結(jié)果將是不可預(yù)測(cè)的。3.7內(nèi)部存放器讀R15的限制正常操作時(shí)，從R15讀取的值是處理器正在取指的地址，即當(dāng)前正在執(zhí)行指令的地址加上8個(gè)字節(jié)〔兩條ARM指令的長(zhǎng)度〕。由于ARM指令總是以字為單位，所以R15存放器的最低兩位總是為0。LDRR0,PC??????PCPC-4PC-8正在執(zhí)行正在譯碼正在取指流水線狀態(tài)地址程序代碼3.7內(nèi)部存放器讀R15的限制當(dāng)使用STR或STM指令保存R15時(shí)，會(huì)有一個(gè)例外。這些指令可能將當(dāng)前指令地址加8字節(jié)或加12字節(jié)保存〔將來可能還有其它數(shù)字〕。偏移量是8還是12取決于具體的ARM芯片，但是對(duì)于一個(gè)確定的芯片，這個(gè)值是一個(gè)常量。所以最好防止使用STR和STM指令來保存R15，如果很難做到，那么應(yīng)當(dāng)在程序中計(jì)算出該芯片的偏移量。3.7內(nèi)部存放器讀R15的限制計(jì)算偏移量程序代碼：SUB R1,PC,#4 ;R1=下面STR指令的地址STR PC,[R0] ;保存STR指令地址+偏移量LDR R0,[R0] ;然后重裝SUB R0,R0,R1 ;計(jì)算偏移量3.7內(nèi)部存放器寫R15的限制正常操作時(shí)，寫入R15的值被當(dāng)作一個(gè)指令地址，程序從這個(gè)地址處繼續(xù)執(zhí)行〔相當(dāng)于執(zhí)行一次無條件跳轉(zhuǎn)〕。3.7內(nèi)部存放器寫R15的限制由于ARM指令以字節(jié)為邊界，因此寫入R15的值最低兩位通常為0b00。具體的規(guī)那么取決于內(nèi)核結(jié)構(gòu)的版本：在ARM結(jié)構(gòu)V3版及以下版本中，寫入R15的值的最低兩位被忽略，因此跳轉(zhuǎn)地址由指令的實(shí)際目標(biāo)地址〔寫入R15的值〕和0xFFFFFFFC相與得到；在ARM結(jié)構(gòu)V4版及以上版本中，寫入R15的值的最低兩位為0，如果不是，結(jié)果將不可預(yù)測(cè)。寄存器類別寄存器在匯編中的名稱各模式下實(shí)際訪問的寄存器用戶系統(tǒng)管理中止未定義中斷快中斷通用寄存器和程序計(jì)數(shù)器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15狀態(tài)寄存器CPSRCPSRSPSR無SPSR_abtSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiq程序狀態(tài)存放器CPSR存放器CPSR為程序狀態(tài)存放器，在異常模式中，另外一個(gè)存放器“程序狀態(tài)保存存放器〔SPSR〕〞可以被訪問。每種異常都有自己的SPSR，在因?yàn)楫惓Ｊ录M(jìn)入異常時(shí)它保存CPSR的當(dāng)前值，異常退出時(shí)可通過它恢復(fù)CPSR。詳細(xì)描述參看3.8小節(jié)。3.7內(nèi)部存放器Thumb狀態(tài)存放器Thumb狀態(tài)存放器集是ARM狀態(tài)集的子集，程序員可以直接訪問的存放器為：8個(gè)通用存放器R0～R7；程序計(jì)數(shù)器〔PC〕；堆棧指針〔SP〕；鏈接存放器〔LR〕；有條件訪問程序狀態(tài)存放器〔CPSR〕。Thumb狀態(tài)各模式下的存放器CPSRCPSR狀態(tài)寄存器R15PCR14_fiqR14_irqR14_undR14_abtR14_svcR14LRR13_fiqR13_irqR13_undR13_abtR13_svcR13SPR7R7(v4,wr)R6R6(v3)R5R5(v2)R4R4(v1)R3R3(a4)R2R2(a3)R1R1(a2)R0R0(a1)通用寄存器和程序計(jì)數(shù)器快中斷中斷未定義中止管理系統(tǒng)用戶各模式下實(shí)際訪問的寄存器寄存器在匯編中的名稱寄存器類別注意：括號(hào)內(nèi)為ATPCS中存放器的命名，可以使用RN匯編偽指令將存放器定義多個(gè)名字。其中ADS1.2的匯編程序直接支持這些名稱，但注意a1～a4，v1～v4必須用小寫。Thumb狀態(tài)下的通用存放器CPSRCPSR狀態(tài)寄存器R15PCR14_fiqR14_irqR14_undR14_abtR14_svcR14LRR13_fiqR13_irqR13_undR13_abtR13_svcR13SPR7R7(v4,wr)R6R6(v3)R5R5(v2)R4R4(v1)R3R3(a4)R2R2(a3)R1R1(a2)R0R0(a1)通用寄存器和程序計(jì)數(shù)器快中斷中斷未定義中止管理系統(tǒng)用戶各模式下實(shí)際訪問的寄存器寄存器在匯編中的名稱寄存器類別R7R6R5R4R3R2R1R0在匯編語(yǔ)言中存放器R0～R7為保存數(shù)據(jù)或地址值的通用存放器。對(duì)于任何處理器模式，它們中的每一個(gè)都對(duì)應(yīng)于相同的32為物理存放器。它們是完全通用的存放器，不會(huì)被體系結(jié)構(gòu)作為特殊的用途，并且可用于任何使用通用存放器的指令。Thumb狀態(tài)下的堆棧指針存放器〔SP〕CPSRCPSR狀態(tài)寄存器R15PCR14_fiqR14_irqR14_undR14_abtR14_svcR14LRR13_fiqR13_irqR13_undR13_abtR13_svcR13SPR7R7(v4,wr)R6R6(v3)R5R5(v2)R4R4(v1)R3R3(a4)R2R2(a3)R1R1(a2)R0R0(a1)通用寄存器和程序計(jì)數(shù)器快中斷中斷未定義中止管理系統(tǒng)用戶各模式下實(shí)際訪問的寄存器寄存器在匯編中的名稱寄存器類別堆棧指針SP對(duì)應(yīng)ARM狀態(tài)的存放器R13。每個(gè)異常模式都有其自身的SP分組版本，SP通常指向各異常模式所專用的堆棧。注意：在發(fā)生異常時(shí)，處理器自動(dòng)進(jìn)入ARM狀態(tài)。R13_fiqR13_irqR13_undR13_abtR13_svcR13Thumb狀態(tài)下的鏈接存放器R14〔LR〕CPSRCPSR狀態(tài)寄存器R15PCR14_fiqR14_irqR14_undR14_abtR14_svcR14LRR13_fiqR13_irqR13_undR13_abtR13_svcR13SPR7R7(v4,wr)R6R6(v3)R5R5(v2)R4R4(v1)R3R3(a4)R2R2(a3)R1R1(a2)R0R0(a1)通用寄存器和程序計(jì)數(shù)器快中斷中斷未定義中止管理系統(tǒng)用戶各模式下實(shí)際訪問的寄存器寄存器在匯編中的名稱寄存器類別鏈接存放器LR對(duì)應(yīng)ARM狀態(tài)存放器R14，在結(jié)構(gòu)上有兩個(gè)特殊功能，詳見“ARM狀態(tài)下的鏈接存放器LR〞。注意：在發(fā)生異常時(shí)，處理器自動(dòng)進(jìn)入ARM狀態(tài)。R14_fiqR14_irqR14_undR14_abtR14_svcR143.7內(nèi)部存放器ARM狀態(tài)和Thumb狀態(tài)之間存放器的關(guān)系Thumb狀態(tài)存放器與ARM狀態(tài)存放器有如下的關(guān)系：Thumb狀態(tài)R0～R7與ARM狀態(tài)R0～R7相同；Thumb狀態(tài)CPSR和SPSR與ARM狀態(tài)CPSR和SPSR相同；Thumb狀態(tài)SP映射到ARM狀態(tài)R13；Thu