1、ARM的编程模式和工作模式

1.1、ARM的基本设定

        ARM采用的是32位架构

        ARM约定：

                - Byte：8 bits

                - Halfword ：16 bits (2 byte)

                - Word：32 bits (4 byte)

        大部分ARM core 提供：

                - ARM 指令集 (32-bit)

                - Thumb 指令集 (16-bit )

                - Thumb2指令集(16 &32bit)
        Jazelle cores 支持 Java bytecode

1.2、ARM处理器工作模式

ARM 有7个基本工作模式：

        User：非特权模式，大部分任务执行在这种模式。

        FIQ：当一个高优先级(fast) 中断产生时将会进入这种模式。

        RQ：当一个低优先级 (noral) 中断产生时将会进入这种模式。

        Supervisor：当复位或软中断指令执行时将会进入这种模式。

        Abort:：当存取异常时将会进入这种模式。

        Undef：当执行未定义指令时会进入这种模式。

        System：使用和User模式相同寄存器集的特权模式。

注意：

        除User (用户模式) 是Normal (普通模式)外，其他6种都是Privilege (特权模式)。

        Privilege中除Sys模式外，其余5种为异常模式。

        各种模式的切换，可以是程序员通过代码主动切换 (通过写CPSR寄存器)；也可以是CPU在某些情况下自动切换。

        各种模式下权限和可以访问的寄存器不同。

1.3、CPU为什么设计这些模式

        CPU是硬件，OS是软件，软件的设计要依赖硬件的特性，硬件的设计要考虑软件需要，便于实现软件特性。

        操作系统有安全级别要求，因此CPU设计多种模式是为了方便操作系统的多种角色安全等级需要。

2、ARM的37个寄存器

 

（1）ARM总共有37个寄存器，但是每种模式下最多只能看到18个寄存器，其他寄存器虽然名字相同但是在当前模式不可见。

（2）对r14这个名字来说，在ARM中共有6个名叫r14(又叫lr)的存器，但是在每种特定处理器模式下，只有一个r14是当前可见的，其他的r14必须切换到他的对应模式下才能看到。这种设计叫影子寄存器 (banked register)。

（3）System模式使用user模式寄存器集

总结：

        ARM共有37个寄存器，都是32位长度。

        37个寄存器中30个为“通用”型，1个固定用作PC，一个固定用作CPSR，5个固定用作5种异常模式下的SPSR。

PC (r15) 程序控制寄存器
        PC (Program control register) 为程序指针，PC指向哪里，CPU就会执行哪条指令(所以程序跳转时就是把目标地址代码放到PC中)，整个CPU中只有一个PC (CPSR也只有一个，但SPSR有5个)。

3、ARM的异常处理方式简单介绍

3.1、什么是异常

        正常工作之外的流程都叫异常。

        异常会打断正在执行的工作，并且一般我们希望异常处理完成后继续回来执行原来的工作。

        中断是异常的一种。

3.2、异常向量表

        所有的CPU都有异常向量表，这是CPU设计时就设定好的，是硬件决定的。

        当异常发生时，CPU会自动动作 （PC跳转到异常向量处处理异常，有时伴有一些辅助动作）。

        异常向量表是硬件向软件提供的处理异常的支持。

3.3、ARM的异常处理机制

        当异常产生时,ARM core：

                - 拷贝 CPSR到SPSR_<mode>

                - 设置适当的 CPSR位：
                        改变处理器状态进入 ARM 态

                        改变处理器模式进入相应的异常模式

                        设置中断禁止位禁止相应中断(如果需要)

                - 保存返回地址到 LR _<mode>

                - 设置 PC 为相应的异常向量

        返回时,异常处理需要：

                -从SPSR_<mode>恢复CPSR

                - 从LR_<mode>恢复PC

                - Note：这些操作只能在 ARM 态执行

3.4、总结

        异常处理中有一些是硬件自动做的，有一些是程序员需要自己做的。需要搞清楚哪些是需要自己做的，才知道如何写代码。

        以上说的是CPU设计时提供的异常向量表，一般称为一级向量表。有些CPU为了支持多个中断，还会提供二级中断向量表，处理思路类似于这里说的一级中断向量表。