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2023年01月13日 | ARM寄存器分析以及异常处理方法
2023-01-13 来源：zhihu
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
IRQ : 当一个低优先级（normal) 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。
非特权模式：User
特权模式：
异常模式：FIQ IRQ Svc Abort Udef
非异常模式：System Monitor
ARM寄存器分析
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。
r13(sp)用作堆栈可以保存上下文，便于以后跳转回来能继续执行
r14(lr)用于存储返回地址，当我们返回原模式可以bl lr或者mov pc lr这样就实现了返回
r15(pc)：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）
cpsr:中各个bit位表明了cpu的某些状态信息，这些信息非常重要，和后面学到的汇编指令息息相关（譬如BLE指令中的E就和
CPSR中的Z标志位有关） cpsr中的I、F位和开中断、关中断有关 cpsr中的mode位（bit4～bit0共5位）决定了CPU的工作模式，
在uboot代码中会使用汇编进行设置。
spsr:用来保存cpsr
1.条件标志位
-N: Negative result from ALU
-Z: Zero result from ALU
-C: ALU operation Carried out (进位/借位)
-V: ALU operation oveRFlowed （溢出）
* N=1时，说明运算的结果为负数，N=0时，说明运算的结果为正数或零。
* Z=1时，说明运算的结果为0，Z=0时，说明运算的结果为非0。
* C:
- 加法运算（包括CMP）：当运算结果产生了进位时（无符号数溢出），C=1，否则为0。
- 减法运算（包括CMP）：当运算结果产生了借位时（无符号数溢出），C=0，否则C=1。
- 对于包含移位操作的非加减指令操作时，C为移除值的最后一位。
- 对于其它的非加减指令，C的值通常不变。
* V：
- 对于加减法运算指令，当操作数和运算结果为二进制的补码表示的带符号数时，V=1表示符号位溢出
- 对于其它的非加减法指令，V的值通常不变。
2.Q位：
* 在ARM V5及以上的版本的E系列处理器中，Q标识位指示增强的DSP运算指令是否发生了溢出，在其它版本的处理器中，Q未定义。
3.J位：
* 仅ARM 5TE/J 架构支持
* J=1时，处理器处于Jazelle状态
跳转过程
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。
***异常产生时
做好保护现场的工作：
（1）把cpsr保存到spsr中，设置适当的cpsr（改变处理器的ARM状态、改变处理器进入相应的异常模式、（视情况）改变中断禁止位禁止相应中断）
（2）保存返回地址到lr
（3）设置pc为相应的异常向量
实现跳转。
***异常返回时
做好恢复现场工作：
（1）从spsr恢复cpsr
（2）从lr恢复pc
注意：这些操作必须在ARM状态执行
TIPS:
（1）异常向量表中除了FIQ中断都是4个字节，所以只够存放一段异常处理程序的代码的首地址
（2）FIQ中断为快速中断，其中一个特殊的地方就体现在他的异常向量表(Vector Table)地址在最后一个，所以它可以存放不止4个字节，这样的话FIQ中断可以不用只存放地址，而是把整个异常处理程序放进去，这样就少跳转了一次，加快了中断相应速度。
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