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ARM处理器体系结构简介

时间:2023-10-31 理论教育 版权反馈
【摘要】:ARM微处理器的工作状态ARM微处理器的工作状态一般有两种,并可在两种状态之间切换。第一种为ARM状态,此时处理器执行32位的字对齐的ARM指令;第二种为Thumb状态,此时处理器执行16位的、半字对齐的Thumb指令。但ARM微处理器在开始执行代码时,应该处于ARM状态。ARM指令集和Thumb指令集均有切换处理器状态的指令。ARM微处理器模式ARM微处理器支持7种运行模式。

ARM处理器体系结构简介

(1)ARM微处理器的工作状态

ARM微处理器的工作状态一般有两种,并可在两种状态之间切换。第一种为ARM状态,此时处理器执行32位的字对齐的ARM指令;第二种为Thumb状态,此时处理器执行16位的、半字对齐的Thumb指令。

在程序的执行过程中,微处理器可以随时在两种工作状态之间切换,并且,微处理器工作状态的转变并不影响处理器的工作模式和相应寄存器中的内容。但ARM微处理器在开始执行代码时,应该处于ARM状态。

ARM指令集和Thumb指令集均有切换处理器状态的指令。当操作数寄存器的状态位(位0)为1时,可以采用执行BX指令的方法,使微处理器从ARM状态切换到Thumb状态。此外,当处理器处于Thumb状态时发生异常,异常处理返回时,也会自动切换到Thumb状态。当操作数寄存器的状态为0,执行BX指令时可以使微处理器从Thumb状态切换到ARM状态。目前流行的ARM体系大都支持Thumb指令集,但是StrongARM内核采用的是ARMV4版本,不支持Thumb指令集。因此,StrongARM的工作模式只有ARM模式。

(2)ARM体系结构的存储格式

ARM体系结构可以用两种方法存储字数据,分别是大端格式和小端格式。

●大端格式:在这种格式中,字数据的高字节存储在低地址中,而字数据的低字节则存储在高地址中。

●小端格式:与大端存储格式相反,在小端存储格式中,低地址中存放的是字数据的低字节,高地址中存放的是字数据的高字节。

(3)ARM微处理器模式

ARM微处理器支持7种运行模式。

●用户模式(usr):ARM处理器正常的程序执行状态。

●快速中断模式(fiq):用于高速数据传输或通道处理。

●外部中断模式(irq):用于通用的中断处理。

●管理模式(svc):操作系统使用的保护模式

●数据访问终止模式(abt):当数据或指令预取终止时进入该模式,可用于虚拟存储及存储保护。

●系统模式(sys):运行具有特权的操作系统任务。(www.xing528.com)

●定义指令中止模式(und):当未定义的指令执行时进入该模式,可用于支持硬件协处理器的软件仿真。

ARM微处理器的运行模式可以通过软件改变,也可以通过外部中断或异常处理改变。大多数的应用程序运行在用户模式下,当处理器运行在用户模式下时,某些被保护的系统资源是不能被访问的。除用户模式外,其余的6种模式称之为非用户模式,或特权模式;其中除去用户模式和系统模式外的5种模式又称为异常模式,常用于处理中断或异常,以及需要访问受保护的系统资源等情况。

(4)ARM指令集

程序的启动都是从ARM指令集开始的,包括所有的异常中断都是自动转化为ARM状态,并且所有的指令都可以是有条件执行的。

ARM指令集是Load/Store体系结构,只能通过Load/Store指令实现对系统存储器的访问,而其他的指令都是基于处理器内部的寄存器操作完成的。

ARM指令集是以32位二进制编码的方式给出的。大部分的指令编码中定义了第一操作数、第二操作数、目的操作数、条件标志影响位以及每条指令所对应的不同功能实现的二进制位。ARM指令根据CPSR中的条件位自动判断是否执行指令,在条件满足时,指令执行,否则指令被忽略。

在ARM的指令编码表中,统一占用编码的最高4位[31:28]来表示“条件码”(即“cond”)。ARM指令集可以分为6大类,分别为数据处理指令、Load/Store指令、跳转指令、程序状态寄存器处理指令、协处理器指令和异常产生指令。

ARM指令使用的基本格式如下:

●opcode:指令助记符,如LDR、STR等。

●cond:可选的条件码,如EQ、NE等。

●S:可选后缀,若指定“S”,则根据指令执行结果更新CPSR中的条件码。

●Rd:目标寄存器。

●Rn:存放第1操作数的寄存器。

●operand2:第2个操作数。

ARM指令集(InstructionSetArchitecture,ISA)的主要版本有ARMv4、ARMv4T、ARMv5TE、ARMv5TEJ、ARMv6和ARMv7等。版本中的T表示Thumb指令集,E表示增强型DSP指令,J表示Java加速器

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