ARM7體系結(jié)構chapter3(1-8).ppt

第3章 ARM7體系結(jié)構,第3章 目錄,1.簡介 2.ARM7TDMI 3.ARM7TDMI的模塊和內(nèi)部框圖 4.體系結(jié)構直接支持的數(shù)據(jù)類型 5.處理器狀態(tài) 6.處理器模式 7.內(nèi)部寄存器 8. 程序狀態(tài)寄存器,9.異常 10.中斷延遲 11.復位 12.存儲器及存儲器映射I/O 13.尋址方式簡介 14.ARM7指令簡介 15.協(xié)處理器接口 16.調(diào)試接口簡介 17.ETM接口簡介,第3章 目錄,1.簡介 2.ARM7TDMI 3.ARM7TDMI的模塊和內(nèi)部框圖 4.體系結(jié)構直接支持的數(shù)據(jù)類型 5.處理器狀態(tài) 6.處理器模式 7.內(nèi)部寄存器 8. 程序狀態(tài)寄存器,9.異常 10.中斷延遲 11.復位 12.存儲器及存儲器映射I/O 13.尋址方式簡介 14.ARM7指令簡介 15.協(xié)處理器接口 16.調(diào)試接口簡介 17.ETM接口簡介,3.1 ARM簡介,ARM公司簡介,ARM是Advanced RISC Machines的縮寫，它是一家微處理器行業(yè)的知名企業(yè)，該企業(yè)設計了大量高性能、廉價、耗能低的RISC （精簡指令集）處理器。 公司的特點是只設計芯片，而不生產(chǎn)。它將技術授權給世界上許多著名的半導體、軟件和OEM廠商，并提供服務。,3.1 ARM簡介,ARM公司簡介,將技術授權給其它芯片廠商,形成各具特色的ARM芯片,3.1 ARM簡介,ARM體系結(jié)構,ARM處理器為RISC芯片，其簡單的結(jié)構使ARM內(nèi)核非常小，這使得器件的功耗也非常低。它具有經(jīng)典RISC的特點：,3.1 ARM簡介,ARM體系結(jié)構,ARM體系結(jié)構的特點：,指令的條件執(zhí)行,ADD R0, R0, R1 R0+R1-R0 ADDS R0, R0, R1 ADDEQS R0, R0, R1 第一個例子是一個基本的加法(把 R1 的值增加到 R0)，它不影響狀態(tài)寄存器。 第二個例子是同一個加法，只不過它導致更改狀態(tài)寄存器。 最后一個例子是同一個加法，更改狀態(tài)寄存器。不同在于它是一個有條件的指令。只有前一個操作的結(jié)果是 EQ (如果設置了 Z 標志)的時候它才執(zhí)行。,3.1 ARM簡介,各ARM體系結(jié)構版本,ARM體系結(jié)構從最初開發(fā)到現(xiàn)在有了巨大的改進，并仍在完善和發(fā)展。為了清楚的表達每個ARM應用實例所使用的指令集，ARM公司定義了5種主要的ARM指令集體系結(jié)構版本，以版本號V1V5表示。,3.1 ARM簡介,各ARM體系結(jié)構版本V1,該版本的ARM體系結(jié)構，只有26位的尋址空間，沒有商業(yè)化，其特點為： 基本的數(shù)據(jù)處理指令（不包括乘法）； 字節(jié)、字和半字加載/存儲指令； 具有分支指令，包括在子程序調(diào)用中使用的分支和鏈接指令； 在操作系統(tǒng)調(diào)用中使用的軟件中斷指令。,3.1 ARM簡介,各ARM體系結(jié)構版本V2,同樣為26位尋址空間，現(xiàn)在已經(jīng)廢棄不再使用，它相對V1版本有以下改進： 具有乘法和乘加指令； 支持協(xié)處理器； 快速中斷模式中的兩個以上的分組寄存器； 具有原子性加載/存儲指令SWP和SWPB。,3.1 ARM簡介,各ARM體系結(jié)構版本V3,尋址范圍擴展到32位（事實上也基本廢棄），具有獨立的程序： 具有乘法和乘加指令； 支持協(xié)處理器； 快速中斷模式中具有的兩個以上的分組寄存器； 具有原子性加載/存儲指令SWP和SWPB。,3.1 ARM簡介,各ARM體系結(jié)構版本V4,不在為了與以前的版本兼容而支持26位體系結(jié)構，并明確了哪些指令會引起未定義指令異常發(fā)生，它相對V3版本作了以下的改進： 半字加載/存儲指令； 字節(jié)和半字的加載和符號擴展指令； 具有可以轉(zhuǎn)換到Thumb狀態(tài)的指令； 用戶模式寄存器的新的特權處理器模式。,3.1 ARM簡介,各ARM體系結(jié)構版本V5,在V4版本的基礎上，對現(xiàn)在指令的定義進行了必要的修正，對V4版本的體系結(jié)構進行了擴展并并增加了指令，具體如下： 改進了ARM/Thumb狀態(tài)之間的切換效率； 允許非T變量和T變量一樣，使用相同的代碼生成技術； 增加計數(shù)前導零指令和軟件斷點指令； 對乘法指令如何設置標志作了嚴格的定義。,3.1 ARM簡介,ARM處理器核簡介,ARM公司開發(fā)了很多系列的ARM處理器核，目前最新的系列已經(jīng)是ARM11了，而ARM6核以及更早的系列已經(jīng)很罕見了。目前應用比較廣泛的系列是：,3.1 ARM簡介,ARM處理器核簡介ARM7,該系列包括ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、帶有高速緩存處理器宏單元的ARM720T和擴充了Jazelle的ARM7EJ-S。該系列處理器提供Thumb 16位壓縮指令集和EmbededICE軟件調(diào)試方式，適用于更大規(guī)模的SoC設計中。 ARM7系列廣泛應用于多媒體和嵌入式設備，包括Internet設備、網(wǎng)絡和調(diào)制解調(diào)器設備，以及移動電話、PDA等無線設備。,3.1 ARM簡介,ARM處理器核簡介ARM9,該系列包括ARM9TDMI、ARM920T和帶有告訴緩存處理器宏單元的ARM940T。除了兼容ARM7系列，而且能夠更加靈活的設計。 ARM9系列主要應用于引擎管理、儀器儀表、安全系統(tǒng)和機頂盒等領域。,3.1 ARM簡介,ARM處理器核簡介ARM10,該系列包括ARM1020E和ARM1020E處理器核，其核心在于使用向量浮點（VFP）單元VFP10提供高性能的浮點解決方案，從而極大提高了處理器的整型和浮點運算性能。 可以用于視頻游戲機和高性能打印機等場合。,3.1 ARM簡介,ARM處理器核簡介SecurCore,該系列涵蓋了SC100、SC110、SC200和SC210處理核。該系列處理器主要針對新興的安全市場，以一種全新的安全處理器設計為智能卡和其它安全IC開發(fā)提供獨特的32位系統(tǒng)設計，并具有特定反偽造方法，從而有助于防止對硬件和軟件的盜版。,3.1 ARM簡介,ARM處理器核簡介Xscale,Intel Xscale微控制器則提供全性能、高性價比、低功耗的解決方案，支持16位Thumb指令并集成數(shù)字信號處理（DSP）指令。,第3章 目錄,1.簡介 2.ARM7TDMI 3.ARM7TDMI的模塊和內(nèi)部框圖 4.體系結(jié)構直接支持的數(shù)據(jù)類型 5.處理器狀態(tài) 6.處理器模式 7.內(nèi)部寄存器 8. 程序狀態(tài)寄存器,9.異常 10.中斷延遲 11.復位 12.存儲器及存儲器映射I/O 13.尋址方式簡介 14.ARM7指令簡介 15.協(xié)處理器接口 16.調(diào)試接口簡介 17.ETM接口簡介,3.2 ARM7TDMI,簡介,ARM7TDMI基于ARM體系結(jié)構V4版本，是目前低端的ARM核。具有廣泛的應用，其最顯著的應用為數(shù)字移動電話。,注意：“ARM核”并不是芯片，ARM核與其它部件如RAM、ROM、片內(nèi)外設組合在一起才能構成現(xiàn)實的芯片。,3.2 ARM7TDMI,簡介,ARM7TDMI支持32位尋址范圍，并彌補了ARM6不能在低于5V電源電壓下工作的不足。ARM7TDMI的后綴意義為：,3.2 ARM7TDMI,簡介,ARM7TDMI處理器是ARM通用32位微處理器家族的成員之一。它具有優(yōu)異的性能，但功耗卻很低，使用門的數(shù)量也很少。它屬于精簡指令集計算機（RISC），比復雜指令集計算機（CISC）要簡單得多。這樣的簡化實現(xiàn)了：,高的指令吞吐量； 出色的實時中斷響應； 小的、高性價比的處理器宏單元。,3.2 ARM7TDMI,三級流水線,ARM7TDMI處理器使用流水線來增加處理器指令流的速度。這樣可使幾個操作同時進行，并使處理和存儲器系統(tǒng)連續(xù)操作，能提供0.9MIPS/MHz的指令執(zhí)行速度。 ARM7TDMI的流水線分3級，分別為： 取指譯碼執(zhí)行,3.2 ARM7TDMI,三級流水線,正常操作過程中，在執(zhí)行一條指令的同時對下一條指令進行譯碼，并將第三條指令從存儲器中取出。這三條指令之間的位置關系如下表所示：,3.2 ARM7TDMI,存儲器訪問,ARM7TDMI處理器使用了馮諾依曼（Von Neumann）結(jié)構，指令和數(shù)據(jù)共用一條32位總線。只有裝載、存儲和交換指令可以對存儲器中的數(shù)據(jù)進行訪問。 數(shù)據(jù)可以是字節(jié)（ 8位）、半字（ 16位）或者字（32位）。,3.2 ARM7TDMI,存儲器訪問,計算機結(jié)構說明： “馮諾依曼” 結(jié)構：把代碼作為一種特殊的數(shù)據(jù)來操作，指令總線和數(shù)據(jù)總線及其存儲區(qū)域是統(tǒng)一的； “哈佛”結(jié)構：指令總線和數(shù)據(jù)總線及其存儲區(qū)是分開、獨立的。,3.2 ARM7TDMI,存儲器訪問,ARM7TDMI處理器的存儲器接口可以使?jié)撛诘男阅艿靡詫崿F(xiàn)，這樣減少了存儲器的使用。對速度有嚴格要求的控制信號使用流水線，這樣使系統(tǒng)控制功能以標準的低功耗邏輯實現(xiàn)。ARM7TDMI處理器的存儲器周期有4個基本類型： 內(nèi)部周期； 非連續(xù)的周期； 連續(xù)的周期； 協(xié)處理器寄存器的傳輸周期。,第3章 目錄,1.簡介 2.ARM7TDMI 3.ARM7TDMI的模塊和內(nèi)部框圖 4.體系結(jié)構直接支持的數(shù)據(jù)類型 5.處理器狀態(tài) 6.處理器模式 7.內(nèi)部寄存器 8. 程序狀態(tài)寄存器,9.異常 10.中斷延遲 11.復位 12.存儲器及存儲器映射I/O 13.尋址方式簡介 14.ARM7指令簡介 15.協(xié)處理器接口 16.調(diào)試接口簡介 17.ETM接口簡介,3.3 ARM7TDMI的模塊和內(nèi)核框圖,ARM7TDMI模塊,3.3 ARM7TDMI的模塊和內(nèi)核框圖,ARM7TDMI模塊,地址寄存器,寄存器組 31*32位寄存器 （6個狀態(tài)寄存器）,地址增加器,乘法器,桶形移位器,32位ALU,寫數(shù)據(jù)寄存器,指令管線讀數(shù)據(jù)寄存器 Thumb指令譯碼器,指令譯碼 和 控制邏輯,ADDR31:0,CLK,CLEN,CFGBIGEND,nIRQ,nFIQ,nRESET,ABORT,LOCK,WRITE,SIZE1:0,PROT1:0,TRANS1:0,DBG輸出,DBG輸入,CP控制,CP握手,WDATA31:0,RDATA31:0,掃描調(diào)試 控制,3.3 ARM7TDMI的模塊和內(nèi)核框圖,ARM7TDMI模塊,第3章 目錄,1.簡介 2.ARM7TDMI 3.ARM7TDMI的模塊和內(nèi)部框圖 4.體系結(jié)構直接支持的數(shù)據(jù)類型 5.處理器狀態(tài) 6.處理器模式 7.內(nèi)部寄存器 8. 程序狀態(tài)寄存器,9.異常 10.中斷延遲 11.復位 12.存儲器及存儲器映射I/O 13.尋址方式簡介 14.ARM7指令簡介 15.協(xié)處理器接口 16.調(diào)試接口簡介 17.ETM接口簡介,3.4 體系結(jié)構直接支持的數(shù)據(jù)類型,體系結(jié)構直接支持的數(shù)據(jù)類型,ARM處理器支持下列數(shù)據(jù)類型： 字節(jié) 8位 半字 16位（必須分配為占用兩個字節(jié)） 字 32為（必須分配為占用4各字節(jié)）,體系結(jié)構直接支持的數(shù)據(jù)類型,注意： V4版本之后的ARM結(jié)構都支持這3種結(jié)構（包括V4版本），而以前的版本只支持字節(jié)和字； 當數(shù)據(jù)類型定義為無符號型時，N位數(shù)據(jù)值使用正常的二進制格式表示范圍為02N-1的非負整數(shù)； 當數(shù)據(jù)類型定義為有符號型時，N位數(shù)據(jù)值使用2的補碼格式表示范圍為-2N-1+2N-1-1的整數(shù)；,3.4 體系結(jié)構直接支持的數(shù)據(jù)類型,體系結(jié)構直接支持的數(shù)據(jù)類型,注意： 所有數(shù)據(jù)操作，例如ADD，都以字為單位； 裝載和保存指令可以對字節(jié)、半字和字進行操作，當裝載字節(jié)或半字時自動實現(xiàn)零擴展或符號擴展； ARM指令的長度剛好是1個字（分配為占用4個字節(jié)），Thumb指令的長度剛好是半字（占用2個字節(jié)）。,3.4 體系結(jié)構直接支持的數(shù)據(jù)類型,第3章 目錄,1.簡介 2.ARM7TDMI 3.ARM7TDMI的模塊和內(nèi)部框圖 4.體系結(jié)構直接支持的數(shù)據(jù)類型 5.處理器狀態(tài) 6.處理器模式 7.內(nèi)部寄存器 8. 程序狀態(tài)寄存器,9.異常 10.中斷延遲 11.復位 12.存儲器及存儲器映射I/O 13.尋址方式簡介 14.ARM7指令簡介 15.協(xié)處理器接口 16.調(diào)試接口簡介 17.ETM接口簡介,3.5 處理器狀態(tài),處理器狀態(tài),ARM7TDMI處理器內(nèi)核使用V4T版本的ARM結(jié)構，該結(jié)構包含32位ARM指令集和16位Thumb指令集。因此ARM7TDMI處理器有兩種操作狀態(tài)： ARM狀態(tài)：32位，這種狀態(tài)下執(zhí)行的是字方式的ARM指令； Thumb狀態(tài)：16位，這種狀態(tài)下執(zhí)行半字方式的Thumb指令。,注意：兩個狀態(tài)之間的切換并不影響處理器模式或寄存器內(nèi)容。,3.5 處理器狀態(tài),處理器狀態(tài),使用BX指令將ARM7TDMI內(nèi)核的操作狀態(tài)在ARM狀態(tài)和Thumb狀態(tài)之間進行切換，程序如下所示。,;從Arm狀態(tài)切換到Thumb狀態(tài) LDR R0,=Lable+1 BX R0 ;從Thumb狀態(tài)切換到ARM狀態(tài) LDR R0,=Lable BX R0,地址最低位為1，表示切換到Thumb狀態(tài),地址最低位為0，表示切換到ARM狀態(tài),跳轉(zhuǎn)地址標號,第3章 目錄,1.簡介 2.ARM7TDMI 3.ARM7TDMI的模塊和內(nèi)部框圖 4.體系結(jié)構直接支持的數(shù)據(jù)類型 5.處理器狀態(tài) 6.處理器模式 7.內(nèi)部寄存器 8. 程序狀態(tài)寄存器,9.異常 10.中斷延遲 11.復位 12.存儲器及存儲器映射I/O 13.尋址方式簡介 14.ARM7指令簡介 15.協(xié)處理器接口 16.調(diào)試接口簡介 17.ETM接口簡介,3.6 處理器模式,簡介,ARM體系結(jié)構支持7種處理器模式，分別為：用戶模式、快中斷模式、中斷模式、管理模式、中止模式、未定義模式和系統(tǒng)模式，如下表所示。這樣的好處是可以更好的支持操作系統(tǒng)并提高工作效率。ARM7TDMI完全支持這七種模式。,3.6 處理器模式,處理器模式,3.6 處理器模式,特權模式,除用戶模式外，其它模式均為特權模式。ARM內(nèi)部寄存器和一些片內(nèi)外設在硬件設計上只允許（或者可選為只允許）特權模式下訪問。此外，特權模式可以自由的切換處理器模式，而用戶模式不能直接切換到別的模式。,3.6 處理器模式,異常模式,這五種模式稱為異常模式。它們除了可以通過程序切換進入外，也可以由特定的異常進入。當特定的異常出現(xiàn)時，處理器進入相應的模式。每種異常模式都有一些獨立的寄存器，以避免異常退出時用戶模式的狀態(tài)不可靠。,3.6 處理器模式,用戶和系統(tǒng)模式,這兩種模式都不能由異常進入，而且它們使用完全相同的寄存器組。 系統(tǒng)模式是特權模式，不受用戶模式的限制。操作系統(tǒng)在該模式下訪問用戶模式的寄存器就比較方便，而且操作系統(tǒng)的一些特權任務可以使用這個模式訪問一些受控的資源。,第3章 目錄,1.簡介 2.ARM7TDMI 3.ARM7TDMI的模塊和內(nèi)部框圖 4.體系結(jié)構直接支持的數(shù)據(jù)類型 5.處理器狀態(tài) 6.處理器模式 7.內(nèi)部寄存器 8. 程序狀態(tài)寄存器,9.異常 10.中斷延遲 11.復位 12.存儲器及存儲器映射I/O 13.尋址方式簡介 14.ARM7指令簡介 15.協(xié)處理器接口 16.調(diào)試接口簡介 17.ETM接口簡介,3.7 內(nèi)部寄存器,簡介,在ARM7TDMI處理器內(nèi)部有37個用戶可見的寄存器。 在不同的工作模式和處理器狀態(tài)下，程序員可以訪問的寄存器也不盡相同。,ARM狀態(tài)各模式下的寄存器,ARM狀態(tài)各模式下的寄存器,所有的37個寄存器，分成兩大類： 31個通用32位寄存器； 6個狀態(tài)寄存器。,ARM狀態(tài)各模式下可以訪問的寄存器,一般的通用寄存器,在匯編語言中寄存器R0R13為保存數(shù)據(jù)或地址值的通用寄存器。它們是完全通用的寄存器，不會被體系結(jié)構作為特殊用途，并且可用于任何使用通用寄存器的指令。,一般的通用寄存器,其中R0R7為未分組的寄存器，也就是說對于任何處理器模式，這些寄存器都對應于相同的32位物理寄存器。,一般的通用寄存器,寄存器R8R14為分組寄存器。它們所對應的物理寄存器取決于當前的處理器模式，幾乎所有允許使用通用寄存器的指令都允許使用分組寄存器,一般的通用寄存器,寄存器R8R12有兩個分組的物理寄存器。一個用于除FIQ模式之外的所有寄存器模式，另一個用于FIQ模式。這樣在發(fā)生FIQ中斷后，可以加速FIQ的處理速度。,一般的通用寄存器,寄存器R13、R14分別有6個分組的物理寄存器。一個用于用戶和系統(tǒng)模式，其余5個分別用于5種異常模式。,堆棧指針寄存器R13（SP）,寄存器R13常作為堆棧指針（SP）。在ARM指令集當中，沒有以特殊方式使用R13的指令或其它功能，只是習慣上都這樣使用。但是在Thumb指令集中存在使用R13的指令。,鏈接寄存器R14（LR）,R14為鏈接寄存器（LR），在結(jié)構上有兩個特殊功能： 在每種模式下，模式自身的R14版本用于保存子程序返回地址； 當發(fā)生異常時，將R14對應的異常模式版本設置為異常返回地址（有些異常有一個小的固定偏移量）。,3.7 內(nèi)部寄存器,R14寄存器與子程序調(diào)用,MOV PC,LR,R14(地址A),1.程序A執(zhí)行過程中調(diào)用程序B；,操作流程,2.程序跳轉(zhuǎn)至標號Lable，執(zhí)行程序B。同時硬件將“BL Lable”指令的下一條指令所在地址存入R14；,3.程序B執(zhí)行最后，將R14寄存器的內(nèi)容放入PC，返回程序A；,3.7 內(nèi)部寄存器,R14寄存器與異常發(fā)生,異常發(fā)生時，程序要跳轉(zhuǎn)至異常服務程序，對返回地址的處理與子程序調(diào)用類似，都是由硬件完成的。區(qū)別在于有些異常有一個小常量的偏移。,3.7 內(nèi)部寄存器,R14寄存器注意要點,當發(fā)生異常嵌套時，這些異常之間可能會發(fā)生沖突。 例如：如果用戶在用戶模式下執(zhí)行程序時發(fā)生了IRQ中斷，用戶模式寄存器不會被破壞。但是如果允許在IRQ模式下的中斷處理程序重新使能IRQ中斷，并且發(fā)生了嵌套的IRQ中斷時，外部中斷處理程序保存在R14_irq中的任何值都將被嵌套中斷的返回地址所覆蓋。,3.7 內(nèi)部寄存器,R14寄存器注意要點,a,return,地址A,1.執(zhí)行用戶模式下的程序；,2.發(fā)生IRQ中斷，硬件將某個地址存入IRQ模式下的R14_irq寄存器，用戶模式下的R14沒有被破壞；,3. IRQ服務程序A執(zhí)行完畢，將R14_irq寄存器的內(nèi)容減去某個常量后存入PC，返回之前被中斷的程序；,未被破壞,3.7 內(nèi)部寄存器,R14寄存器注意要點,a,地址A,1.執(zhí)行用戶模式下的程序；,2.發(fā)生IRQ中斷，硬件將某個地址存入IRQ模式下的R14_irq寄存器，用戶模式下的R14沒有被破壞；,3. IRQ服務程序A執(zhí)行完畢，將R14_irq寄存器的內(nèi)容減去某個常量后存入PC，返回之前被中斷的程序；,未被破壞,a,return,地址B,4. 如果在IRQ處理程序中打開IRQ中斷，并且再次發(fā)生IRQ中斷，或者調(diào)用子程序；,5. 硬件將返回地址保存在R14_irq寄存器中，原來保存的返回地址將被覆蓋，造成錯誤；,被破壞,6. 在程序B返回到程序A，然后在返回到用戶模式下被中斷的程序時，發(fā)生錯誤，將不能正確返回；,return,return,解決辦法是確保R14的對應版本在發(fā)生中斷嵌套時不再保存任何有意義的值（將R14入棧），或者切換到其它處理器模式下。,ARM 和Thumb的區(qū)別,Thumb代碼所需要的存儲空間約為ARM代碼的60%-70% Thumb使用的指令數(shù)比ARM代碼多約30%-40% 若使用32位存儲器，ARM代碼比Thumb代碼快約40% 若使用16位存儲器，Thumb代碼比ARM快約40%-50%,程序計數(shù)器R15（PC）,寄存器R15為程序計數(shù)器（PC），它指向正在取指的地址?？梢哉J為它是一個通用寄存器，但是對于它的使用有許多與指令相關的限制或特殊情況。如果R15使用的方式超出了這些限制，那么結(jié)果將是不可預測的。,3.7 內(nèi)部寄存器,讀R15的限制,正常操作時，從R15讀取的值是處理器正在取指的地址，即當前正在執(zhí)行指令的地址加上8個字節(jié)（兩條ARM指令的長度）。由于ARM指令總是以字為單位，所以R15寄存器的最低兩位總是為0。,3.7 內(nèi)部寄存器,讀R15的限制,當使用STR或STM指令保存R15時，會有一個例外。這些指令可能將當前指令地址加8字節(jié)或加12字節(jié)保存（將來可能還有其它數(shù)字）。偏移量是8還是12取決于具體的ARM芯片，但是對于一個確定的芯片，這個值是一個常量。 所以最好避免使用STR和STM指令來保存R15，如果很難做到，那么應當在程序中計算出該芯片的偏移量。,3.7 內(nèi)部寄存器,讀R15的限制,計算偏移量程序代碼：,SUB R1,PC,#4 ;R1=下面STR指令的地址 STR PC,R0 ;保存STR指令地址+偏移量 LDR R0,R0 ;然后重裝 SUB R0,R0,R1 ;計算偏移量,3.7 內(nèi)部寄存器,寫R15的限制,正常操作時，寫入R15 的值被當作一個指令地址，程序從這個地址處繼續(xù)執(zhí)行（相當于執(zhí)行一次無條件跳轉(zhuǎn)）。,3.7 內(nèi)部寄存器,寫R15的限制,由于ARM指令以字節(jié)為邊界，因此寫入R15的值最低兩位通常為0b00。具體的規(guī)則取決于內(nèi)核結(jié)構的版本： 在ARM結(jié)構V3版及以下版本中，寫入R15的值的最低兩位被忽略，因此跳轉(zhuǎn)地址由指令的實際目標地址（寫入R15的值）和0xFFFFFFFC相與得到； 在ARM結(jié)構V4版及以上版本中，寫入R15的值的最低兩位為0，如果不是，結(jié)果將不可預測。,程序狀態(tài)寄存器CPSR,寄存器CPSR為程序狀態(tài)寄存器，在異常模式中，另外一個寄存器“程序狀態(tài)保存寄存器（SPSR）”可以被訪問。每種異常都有自己的SPSR，在因為異常事件而進入異常時它保存CPSR的當前值，異常退出時可通過它恢復CPSR。,3.7 內(nèi)部寄存器,Thumb狀態(tài)寄存器,Thumb狀態(tài)寄存器集是ARM狀態(tài)集的子集，程序員可以直接訪問的寄存器為： 8個通用寄存器R0R7； 程序計數(shù)器（PC）； 堆棧指針（SP）； 鏈接寄存器（LR）； 有條件訪問程序狀態(tài)寄存器（ CPSR）。,Thumb狀態(tài)各模式下的寄存器,注意：括號內(nèi)為ATPCS中寄存器的命名，可以使用RN匯編偽指令將寄存器定義多個名字。其中ADS1.2的匯編程序直接支持這些名稱，但注意a1a4，v1v4必須用小寫。,Thumb狀態(tài)下的通用寄存器,在匯編語言中寄存器R0R7為保存數(shù)據(jù)或地址值的通用寄存器。對于任何處理器模式，它們中的每一個都對應于相同的32為物理寄存器。它們是完全通用的寄存器，不會被體系結(jié)構作為特殊的用途，并且可用于任何使用通用寄存器的指令。,Thumb狀態(tài)下的堆棧指針寄存器（SP）,堆棧指針SP對應ARM狀態(tài)的寄存器R13。每個異常模式都有其自身的SP分組版本，SP通常指向各異常模式所專用的堆棧。 注意：在發(fā)生異常時，處理器自動進入ARM狀態(tài)。,Thumb狀態(tài)下的鏈接寄存器R14（LR）,鏈接寄存器LR對應ARM狀態(tài)寄存器R14，在結(jié)構上有兩個特殊功能，詳見“ARM狀態(tài)下的鏈接寄存器LR”。 注意：在發(fā)生異常時，處理器自動進入ARM狀態(tài)。,3.7 內(nèi)部寄存器,ARM狀態(tài)和Thumb狀態(tài)之間寄存器的關系,Thumb狀態(tài)寄存器與ARM狀態(tài)寄存器有如下的關系： Thumb狀態(tài)R0R7與ARM狀態(tài)R0R7相同； Thumb狀態(tài)CPSR和SPSR與ARM狀態(tài)CPSR和SPSR相同； Thumb狀態(tài)SP映射到ARM狀態(tài)R13； Thumb狀態(tài)LR映射到ARM狀態(tài)R14； Thumb狀態(tài)PC映射到ARM狀態(tài)PC（R15）。,Thumb狀態(tài)寄存器在Arm狀態(tài)寄存器上的映射,低寄存器,高寄存器,3.7 內(nèi)部寄存器,在Thumb狀態(tài)中訪問高寄存器,在Thumb狀態(tài)中，高寄存器（R8R15）不是標準寄存器集的一部分。匯編語言程序員對它們的訪問受到限制，但可以將它們用于快速暫存。 可以使用MOV、CMP和ADD指令對高寄存器操作。,第3章 目錄,1.簡介 2.ARM7TDMI 3.ARM7TDMI的模塊和內(nèi)部框圖 4.體系結(jié)構直接支持的數(shù)據(jù)類型 5.處理器狀態(tài) 6.處理器模式 7.內(nèi)部寄存器 8. 程序狀態(tài)寄存器,9.異常 10.中斷延遲 11.復位 12.存儲器及存儲器映射I/O 13.尋址方式簡介 14.ARM7指令簡介 15.協(xié)處理器接口 16.調(diào)試接口簡介 17.ETM接口簡介,3.8 程序狀態(tài)寄存器,簡介,ARM7TDMI內(nèi)核包含1個CPSR和5個供異常處理程序使用的SPSR。CPSR反映了當前處理器的狀態(tài)，其包含： 4個條件代碼標志（負(N)、零(Z)、進位(C)和溢出(V) ）； 2個中斷禁止位，分別控制一種類型的中斷； 5個對當前處理器模式進行編碼的位； 1個用于指示當前執(zhí)行指令(ARM還是Thumb)的位。,3.8 程序狀態(tài)寄存器,簡介,條件代碼標志,保留,控制位,溢出標志,進位或借位擴展,零,負或小于,IRQ禁止,FIQ禁止,狀態(tài)位,模式位,N,Z,C,V,I,T,F,CPSR寄存器的格式,3.8 程序狀態(tài)寄存器,簡介,每個異常模式還帶有一個程序狀態(tài)保存寄存器