关于ARM寄存器组及工作模式知识.doc

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关于ARM寄存器组及工作模式知识

（周方辉）

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2012/8/10

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编改记录

编写日期

内容概要

2012-08-10

创建

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目??录

1??参考文献??2

1.1??内部参考文献??2

1.2??外部参考文献??2

2??名词解释??2

3??ARM核工作模式??2

3.1??程序状态寄存器??3

3.2??寄存器分组??4

3.3??何为特权（异常）模式??6

3.4??各种模式工作机制??7

3.5??各种模式工作返回用户模式机制??9

4??ARM核工作模式初始化参考代码??11

1参考文献

1.1内部参考文献

内部参考文献指的是周方辉自生的百度博文中的文件。

无内部参考文献。

1.2外部参考文献

外部参考文献指的是相对于上述内部参考文献以外的文件。

《ARMv8_ISA_PRD03-GENC-010197-24-0.pdf》

《cortex_a8_r3p2_trm.pdf》

《CortexA8TechRefManul.pdf》

2名词解释

cpsr：??当前程序状态寄存器，其数值反映出当前程序运行的一些状态指示。

SPSR：??保存程序状态寄存器，在程序调用等情况下，需要保存一下当前程序状态寄存器的值（SPSR=CPSR），便于日后回复。

SP：??堆栈指针寄存器，其值用于执行当前堆栈栈顶（或栈底）位置。

PC：???程序指针寄存器，其值用于指向要执行的程序代码地址。

LR：????连接返回寄存器，保存要返回的地址，PC=LR。

3ARM核工作模式

常规CPU工作核心模块都是由：寄存器组和ALU两大模块组成，ALU完成数据的加工处理，寄存器用来保存数据，这些数据是直接参与ALU运算。ARM的处理器也不例外。

ARM处理器的寄存器分成许多组，不同的组完成不同环境下的工作，不过它们都共用一套ALU数据处理模块。ARM寄存器一般用了37个，CortexA8的ARM核的寄存器多大40个。

我们学习ARM工作模式需要了解和解决下面问题：

ARM寄存器为什么要分组？又是如何分组？

各组与CPU工作模式是如何关联？

各个组或工作模式是如何切换的？

我们在学习ARM寄存器分组工作模式之前，先来看一下很特殊的一个寄存器——PSR程序状态寄存器。

3.1程序状态寄存器

程序状态寄存器是一个32bits的寄存器，它记录和指示出当前程序运行状态。

格式如下：

31

30

29

28

27

26-25

24

23-20

19-16

15-10

9

8

7

6

5

4-0

N

Z

C

V

Q

IT[1:0]

J

DNM

GE[3:0]

IT[7:2]

E

A

I

F

T

M[4:0]

?

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条件状态位：

N：Negative/Lessthan,负数/小于0，而置1。

Z：Zero，为0时该位置1。

C：Carry/Borrow/Extend，发生了进位/借位/扩伸，该位将置1。

V：Overflow，溢出时该位置1。

它们之间关系：

指令中的条件编码码

记助符

PSR中标志位

用意

0000

EQ

Z=1

相等

0001

NE

Z=0

不相等

0010

CS

C=1

=（无符号数）

0011

CC

C=1

（无符号数）

0100

MI

N=1

负数

0101

PL

N=0

正数或为零

0110

VS

V=1

溢出

0111

VC

V=0

未溢出

1000

HI

C=1，且Z=0

（无符号数）

1001

LS

C=0，且Z=1

=（无符号数）

1010

GE

N=V

=（带符号数）

1011

LT

N！=V

（带符号数）

1100

GT

Z=0，且Z==V

（带符号数）

1101

LE

Z=1，或N！=V

=（带符号数）

1110

AL

忽略

无条件执行

?

?

?

?

Q：Stickyoverflow，饱和计算溢出标志。（有符号运算，确保数的极性不会翻转）发生时溢出，该位置1。例如：假设8bits符号数据，125+9=127，133超过127成为负数，而Q算法保持127最大数，确保不会变成负数。

IT[7:0]：[7：2]用于IF….ELSE…条件执行状态位。

GE[3:0]：用于SIMD指令，大于或等于。

使能控制位：

A：A=1时，禁止不确定数据异常。

I：IRQ中断使能位，当其置1时，禁止IRQ发生。

F：FIQ中断使能位，当其置1时，禁止FIQ中断。

指令类别状态位：

J：Javastatebit，当T为1时，J=0，表示执行Thumb指令状态，J=1表示执行ThumbEE指令状态。

T：当其为1