考点15 ARM处理器的工作状态和工作模式

1.ARM处理器的工作状态及其切换

1. 在ARM体系结构中，处理器可以工作在三种不同的状态：

1.    ARM状态：是ARM处理器工作于32位指令的状态，即32位状态，所有指令均为32位宽度。
2.    Thumb状态：是ARM执行16位指令的状态，即16位状态，在Thumb模式下，指令代码只有16位，使代码密度变大，占用内存变小。提供比32位程序代码更佳的效能。
3.    调试状态：处理器停机调试时进入调试状态。

     2.值得注意的是，除Cortex-M系列处理器外，所有ARM处理器复位后开始执行代码总是只处于ARM状态。Cortex-M处理器，因为只有Thumb- 2指令集，所以只有Thumb状态和调试状态两种。

    3.ARM与Thumb间的切换：

1. 由ARM状态切换到Thumb状态，通过BX指令将操作数寄存器的最低位设置为1即可将ARM状态切换到Thumb状态。如果R0[0]=1，则执行BX R0指令将进入Thumb状态。如果Thumb状态进行异常处理，异常处理要在ARM状态下进行。则当异常返回时，将自动切换到Thumb状态。
2. 由Thumb状态切换到ARM状态，通过BX指令将操作数据寄存器的最低位设置为0，即可将Thumb状态切换到ARM状态。如果R0[0]=0，则执行BX R0指令将进入ARM状态，当处理器进行异常操处理时，则从异常向量地址开始执行，并自动进入ARM状态。

 2.ARM处理器的工作模式

1.  ARM体系结构支持7种工作模式，取决于程序状态寄存器CPSR低5位【M4:M0】的值。
2. ARM处理器的工作模式间可以相互转换，但是有条件的。
3. 当处理器工作于用户模式时，除非发生异常，否则将不能改变工作模式。
4. 当发生异常时，处理器自动改变CPSR【M4:M0】的值进入相应的工作状态。
5. 例如当IRQ外部中断时，CPSR【M4:M0】的值置为10010，而自动进入外部中断模式IRQ；当处理器处于系统模式时，用指令向CPSR【M4:M0】写入特定的值，以进入相应的工作模式。

考点16  ARM的寄存器组织

   1.ARM状态下的寄存器组织

1. ARM处理器共有37个寄存器，包括31个通用寄存器（含PC）和6个状态寄存器。工作于ARM状态下，在物理分配上，寄存器被安排成部分重叠的组，每种处理器工作模式使用不同的寄存器。
2. ARM处理器工作在不同模式下使用的寄存器有所不同，但共同点是：

1.     无论是何模式，R15均作为PC使用。PC是指存储下一条指令的地址的寄存器。
2.     CPSR为当前程序状态寄存器。
3.     R7-R0是公用的通用寄存器。不同之处在于，高端的7个通用寄存器和状态寄存器在不同模式下不同。

2.不同模式下的计算器组织如下图所示：

3.通用寄存器：

1. 通用计算器中不分组的计算器共8个，R7-R0。
2. R8-R12共2组计10个寄存器，标有fiq的寄存器代表快速中断模式FIQ专用，与其他模式地址重叠，但寄存器内容并不冲突。
3. R13-R14除了用户模式User和系统模式VSV分别为堆栈指针SP和程序链接寄存器LR之外，其他模式下均有自己独特的标记方式，是专门用于特定模式的寄存器，共6组计12个。
4. 加上作为PC的R15，这样计算器共31个。所有通用计算器均是32位结构。

4.状态寄存器：

1. 状态寄存器共6个，除了共用的当前程序状态寄存器CPSR外，还有分组的备份程序状态寄存器SPSR （5组共5个）。
2. 程序状态寄存器的格式如下图：条件码标志有4个：N、Z、C、V、Q，以及8个控制位为I、F、T、M4-M0。

 5.Thumb状态下的寄存器组织：

         Thumb状态下的寄存器是ARM状态下寄存器的子集，Thumb/Thumb-2状态下的寄存器，如下图所示：