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ARM寄存器分析以及异常处理方法

出处:互联网 发布于:2019-06-28 13:50:30 | 981 次阅读

  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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关键词:ARM寄存器

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