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2021年09月29日 | ARM_Core的处理器模式与寄存器，结构杂谈
2021-09-29 来源：eefocus
ARM处理器的工作状态：ARM处理器有两种工作状态。在程序的执行过程中，处理器可以在两种工作状态之间切换，并且不影响相应寄存器中的内容。
ARM状态，此时处理器执行32位对齐的ARM指令；BX指令，当操作数寄存器最低位为0时，进入ARM状态。
Thumb，此时处理器执行16位对齐的Thumb指令。BX指令，当操作数寄存器最低位为1时，进入Thumb状态。
BX(Branch Exchange)：BX Rn; ##其中Rn可以是R0-R15中的任意一个。指令通过将寄存器Rn的内容拷贝到程序计数器PC来完成4Gbyte的地址空间的跳转。
在进入异常中断后，ARM内核会自动切换到ARM状态，所以在异常中断处理程序入口的是ARM指令，如果需要切换到Thumb状态必须在异常中断返回前，切换到ARM工作状态。当处理器在Thumb状态下发生异常时，返回后，自动切换到Thumb状态。
ARM处理器总是从ARM工作状态开始的。
ARM处理器的7中工作模式：
USE模式：正常用户模式。
FIQ模式：快速中断模式，支持高速数据传输。
IRQ模式：普通中断模式。
SVC模式：Supervisor模式，操作系统保护模式，处理软件中断swi，reset.
ABT模式：数据，指令中止模式。
UND模式：未定义模式，支持软件仿真。
SYS模式：系统模式，运行特权操作系统任务。
除用户模式之外的6中模式称为特权模式，特权模式下，程序可以访问所有的系统资源，可以任意的进行处理器模式的切换。
用户模式下不能访问一些受操作系统保护的系统资源，不能直接进行处理器模式切换，需要由应用程序产生异常处理。
特权模式中，除系统模式之外的5种模式称为异常模式。
FIQ要比IRQ的响应快很多，首先FIQ的优先级比较高，再次ARM的FIQ会有自己更多的寄存器，由ARM自动保存。
异常处理过程：将下一条指令存入LR寄存器，CPSR赋值到SPSR，强制设置CPSR运行位，跳转到异常处理函数。
返回：将LR中的值减相应的偏移量送到PC中，将SPSR的值复制到CPSR中。
异常向量表：0x0000_0000---复位Reset，进入SVC模式。
0x0000_0004---未定义指令，进入UND模式。
0x0000_0008---软件中断，进入SVC模式。
0x0000_000C---中止指令，进入ABT模式。
0x0000_0010---中止数据，进入ABT模式。
0x0000_0014---保留
0x0000_0018---IRQ中断，进入IRQ模式。
0x0000_001C---FIQ中断，进入FIQ模式。
ARM处理器中一共有37个寄存器。分别有31个通用寄存器：R0-R15, R13_svc, R14_svc, R13_abt, R14_abt, R13_und,
R14_und, R13_irq, R14_irq, R8_frq----R14_frq。
6个状态寄存器：CPSR, SPSR_svc, SPSR_abt, SPSR_und, SPSR_irq, SPSR_fiq。
R13通常用作堆栈指针。R14通常用作子程序连接。
CPSR当前程序状态寄存器。SPSR备份程序状态寄存器。
31--28：NZCV（Negative Zero Carry Overflow）
27---8：Reserve
7----5：IFT（IRQ disable FIQ disable State bit）
4----0：Mode bits
0b10000---用户模式，0b10001---FIQ模式，0b10010---IRQ模式，0b10011---SVC模式，0b10111---ABT模式，
0b11011---UND模式，0b11111---SYS模式。
question:为什么会根据Rn的最低位来切换状态呢，最低位是1表示8位对齐而不是16位啊。难道arm本身是16位地址对齐？？
arm处理器的架构发展：
arm系统一般包括：mpcore，debug and trace，smmu，GIC，AMBA bus，security扩展，
arm中最多支持16个coprocessor，CP0-CP15，其中CP8-CP15是由arm reserve的，CP0-CP7是imp defined的。
arm的coprocessor model中，coprocessor一般包括，
1) 组成coprocessor interface的primary，secondary coprocessor寄存器；
2) internal寄存器；
ARMv7以及之前的版本中，包含的coprocessor有：
1) CP15，提供memory，cache，tcm的控制，和系统中非debug功能的寄存器；也被称为系统控制协处理器
2) CP14，提供其他系统寄存器的访问，包括debug，trace；
3) CP10，CP11，用作SIMD，VFP的控制，需要同时使用。
ARM的协处理器指令包括五个：
1) CDP，协处理器数操作指令，
2) LDC，协处理器数据加载指令，
3) STC，协处理器数据存储指令，
4) MCR，ARM寄存器到协处理器寄存器的数据传送指令，
5) MRC，协处理器寄存器到ARM寄存器的数据传送指令，
命令格式：
史海拾趣
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