ARM體系的7種工作模式
用戶模式(usr) 大多數程序運行于用戶模式 | ||
特權模式 | 系統(tǒng)模式(sys) 運行具有特權的操作系統(tǒng)任務 | |
異常模式 | 中斷模式(irq) | |
快速中斷模式(fiq) 必須進快處理中斷請求,并離開這個模式 | ||
管理模式(svc) 操作系統(tǒng)使用的保護模式 | ||
數據訪問終止模式(abt) 數據或指令預取終止時進入該模式 | ||
未定義指令終止模式(und) 未定義的指令執(zhí)行時進入該模式 |
注解:
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201611/317770.htm可以通過軟件來進行模式切換,或者發(fā)生各類中斷、異常時CPU自動進入相應的模式;
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限;
系統(tǒng)復位或開機時則進入到SVC模式下;
當遇到軟中斷(SWI,Software Interrupt)時,也將進入到SVC模式下;
進入特權模式是為了處理中斷、異常、或者訪問被保護的系統(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時必須要關閉中斷。
3. FIQ模式下,比IRQ模式多了幾個獨立的寄存器。
不要小看這幾個寄存器,ARM在編譯的時候,如果你FIQ中斷處理程序足夠用這幾個獨立的寄存器來運作,它就不會進行通用寄存器的壓棧,這樣也省了一些時間。
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)的都比較明白這點的差別,18只能放一條指令(18-1c 4個字節(jié)),為了不與1C處的FIQ沖突,這個地方只能跳轉,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,由于跳轉的范圍限制,至少少了一條跳轉指令。
5.IRQ和FIQ的響應延遲有區(qū)別
IRQ的響應并不及時,從Verilog仿真來看,IRQ會延遲幾個指令周期才跳轉到中斷向量處,看起來像是在等預取的指令執(zhí)行完。FIQ的響應不清楚,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容。
2、ARM處理器在處理異常時,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個通用的32位寄存器,6個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,當執(zhí)行BL子程序調用指令時,R14中得到R15的備份,而當發(fā)生中斷或異常時,R14保存R15的返回值;
R15——程序計數器;
快速中斷模式有7個備份寄存器R8—R14,這使得進入快速中斷模式執(zhí)行很大部分程序時,甚至不需要保存任何寄存器;
其它特權模式都含有兩個獨立的寄存器副本R13、R14,這樣可以令每個模式都擁有自己的堆棧指針和連接寄存器;
四、當前程序狀態(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,進行模式切換;
五、程序狀態(tài)保存寄存器(SPSR)
當切換進入某一個特權模式時,SPSR保存前一個工作模式的CPSR值,這樣,當返回前一個工作模式時,可以將SPSR的值恢復到CPSR中;
六、模式切換
當異常發(fā)生,CPU進入相應的異常模式時,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的工作模式設為該異常模式對應的工作模式;
4、令PC值等于這個異常模式在異常向量表中的地址,即跳轉去執(zhí)行異常向量表中的相應指令;
從異常工作模式退回到之前的工作模式時,需要由軟件來完成以下工作:
1、將異常模式的R14減去一個適當的值(4或8)后賦給PC寄存器;
2、將異常模式SPSR的值賦給CPSR;
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