ARM七种运行模式.docx

1、ARM七种运行模式s3c2440中断体系构造： 如何用中断？ 1.中断发生：保存别人的状态 如何中断可以事先设置，对程序初始化，使能中断。 中断发生后，进入中断模式 2.中断处理 分辨中断源 进展不同的处理 清理工作 3.恢复别人的状态过程： 外界信号上升沿、下降沿，高电平、低电平都可以设置成信号 引脚设置，再进入状态存放器。 状态存放器连接屏蔽存放器 进入第二个状态存放器，储存各种中断，可以储存多个中断 进入优先级存放器，判断中断运行顺序 再进入屏蔽使能存放器和模式存放器 进入优先级存放器 进入cpu处理 cpu的处理：进入入口地址 b handleIRQ 计算返回地址，被中断处地址 保存现

2、场，即各存放器状态 调用处理函数 函数运行完后恢复现场 函数的处理：分辨终端 处理中断 去除数据，即去除中断1.中断存放器 arm的七种模式 1.usr 用户模式 r0-r15 2.fiq 快中断模式 r0-r7 专用存放器r8-r15， 3.svc 管理模式 专用存放器r13-r14， 4.abt 数据访问终止模式 5.sys 系统模式 6.und 未定义指令终止模式 7.irq 中断模式 几种模式的区别：嵌入式的中断： a.不同的存放器 b.不同的权限 c.触发条件不一样 何时使用几种模式： usr 用户模式 ：arm处理器正常的程序执行状态 fiq 快中断模式：高速数据传输和通道处理 s

3、vc 管理模式 ：操作系统使用的保护模式 abt 数据访问终止模式：数据或者指令终止时进入，用于虚拟存储或者存储保护 sys 系统模式：运行具有特权的操作系统任务und 未定义指令终止模式：未定义的指令执行时进入该模式，用于支持硬件处理器的软件仿真. irq 中断模式：用于通用的中断处理 后六种是特权模式，用于处理中断、异常和特殊权限处理 用户模式是最常见的模式2.中断中的异常 中断是一种异常。 当发生中断时，cpu进入中断模式 cpu进入异常入口，异常入口是硬件规定的一个地址运行模式ARM920T 支持 7 种运行模式： 用户 usr ：正常 ARM 程序执行状态 快中断 fiq ：为支持数

4、据传输或通道处理设计 中断 irq ：用于一般用途的中断处理 管理 svc ：操作系统保护模式 中止 abt : 数据或指令预取中止后进入 系统 sys ：操作系统的特权用户模式 未定义 und ：执行了一个未定义指令时进入模式的改变可由软件控制，或者由外部中断或进入异常引起。大局部应用程序都将在用户模式执行。 被称为特权模式的非用户模式，都将进入到中断效劳或异常中去，或者访问受保护的资源。部存放器ARM920T 总共有 37 个存放器，其中 31 通用 32 位存放器和 6 个状态存放器，但不能在同一时刻对所有的存放器可见。处理器状态和运行模式决定了哪些存放器对程序员可见。ARM状态时部存放

5、器集在 ARM 状态，16 个通用存放器和一个状态存放器在任意时刻都可见。在特权非用户模式下，将切换到指定模式的分组banked存放器。图 2-3 显示了哪些存放器在各模式下是可见的：分组存放器被标记了阴影三角形。ARM 状态时存放器被设为包含 16 个直接可以访问的存放器：R0 到 R15。除了 R15，其他全部存放器都为通用存放器，如可能用于保存数据或地址值。除此之外，还有第 17 个存放器用于存储状态信息。FIQ 模式包含 7 个分组存放器，分别映射到 R8-14R8_fiq-R14_fiq。在 ARM 状态，有很多不需要保存存放器的 FIQ 处理程序。用户，IRQ，管理中止和未定义模式

6、都包含两个分组存放器映射到 R13 和 R14，允许这些模式都都包含私有堆栈指针和存放器。Thumb 状态时部 存放器集Thumb 状态时的存放器集为 ARM 状态时的存放器的分配的一个子集。程序员能够直接访问 8 个通用存放器R0 至 R7，还有程序计数器PC，一个堆栈指针存放器SP，一个存放器LR和 CPSR。各自特权模式还分别有分组堆栈指针，存放器和进程保存状态存放器(SPSR)。如图 2-4 所示。Thumb 状态访问高存放器 Hi-Registers 在 Thumb 状态，存放器 R8-R15“Hi registers不是标准的存放器集的一局部。然而，汇编语言程序员可以受限的对它们的

7、进展访问，可以将它们用于快速暂存。使用 MOV 指令的特殊变量可以将一个值从 R0-R7“Lo register围的存放器传送到高存放器或从高存放器到第低存放器。使用 CMP 和 ADD 指令也可以对高存放器的值与存放器的值进展比拟以或相加。更多容请参考表 3-34。程序状态存放器ARM920T 包含了一个当前程序状态存放器Current Program Status Register-CPSR，还有5 个用于异常程序处理的程序状态保存存放器Saved Program Status Registers-SPSR。这些存放器的功能为： 保存最近已处理的 ALU 操作的信息 控制中断的使能与制止

8、设置处理器的运行模式图 2-6 显示了各位的编排状态代码标志位N，Z，C 和 V 位为状态代码标志位。算术或逻辑操作结果可能会改变这些位，并检验以决定是否应该执行某条指令。在 ARM 状态，所有指令都可能为条件执行：详情见表 3-2。在 Thumb 状态，只有分支指令才能条件执行：详情见表 3-46。控制位PSR (包含 I，F，T 和 M4:0)的末端 8 位，统称为控制位。当发生异常时将会改变这些位。如果处理器运行在特权模式，它们也可由软件控制。异常：程序暂时停顿当正常程序流程被暂时停顿发生异常，例如响应一个来自外设的中断。在处理异常前，必须保护当前的处理器状态，以便在完成处理程序后能恢复

9、到原来的程序。如果同时发生好几个异常，将会按照固定的顺序来分配，见 P2-13 的异常优先级。进入异常行为当处理一个异常时，ARM920T 将会进展以下活动：1. 相应存放器保存下条指令的地址。如果在 ARM 状态进入异常，下条指令的地址将会复制到存放器当前 PC+4 或 PC+8，由异常决定。详情见表 2-2中。如果在 Thumb 状态进入异常，写入存放器的值那么为当前 PC 偏移一个值，这样异常返回后程序能从正确的位置恢复。这意味着异常处理不需要确定异常是从什么状态进入的。例如，在 SWI 的情况，无论是在 ARM 状态还是 Thumb 状态执行 SWI，MOVS PC,R14_svc 语

10、句都将返回到下一条指令。2. 复制 CPSR 的容到相应 SPSR 中。3. 根据异常类型强制将 CPSR 模式位设为某一个值。4. 强制 PC 从相关异常向量处取下条指令。通常也会置位中断制止标志位，以防止不同的难处理的异常嵌套。如果一个异常发生时处理器处于 Thumb 状态，当装载异常向量地址到 PC 时会自动切换到 ARM 状态。离开异常行为：当异常完毕，异常处理程序将会：1. 将存放器适当减去一个偏移量并放入到 PC 中。偏移量由异常类型决定2. 复制 SPSR 的容返回给 CPSR 中。3. 如果在异常进入时置位了中断制止标志位异常，去除中断制止标志位。注意：不需要在异常完毕时切换回

11、 Thumb 状态，因为在异常前会立刻保存 CPSR 中 T 位的值到 SPSR 中，并在退出异常时从 SPSR 恢复到 CPSR 中。异常进入/ 退出总结表 2-2 总结了进入异常时保存在相关 R14 中的 PC 值和被推荐的退出异常的指令。注释：1. 此处 PC 为含预取中止的 BL/SWI/未定义指令取指令的地址。2. 此处 PC 为由于 FIQ 或 IRQ 抢先而未执行的指令地址。3. 此处 PC 为发生了数据中止的 Load 或 Store 指令的地址。4. 当复位时保存在 R14_svc 的值将是不可预测的。快中断 FIQFIQ快中断请求异常是为支持数据传输或通道处理而设计的，在

12、ARM 状态拥有足够的私有存放器来消除对存放器保存的需求这样最小化了对上下文的切换的开销。将 nFIQ 输入端拉低可以实现外部产生 FIQ。由 ISYNC 输入信号端的状态决定是同步还是异步传输。当 ISYNC 为低电平，认为 nFIQ 和 nIRQ 为异步，中断前会引起同步周期延迟并影响处理器流程。无论是从 ARM 还是 Thumb 状态进入的异常，FIQ 处理时执行SUBS PC,R14_fiq,#4时，都应该防止中断。如果设置 CPSR 的 F 标志位，FIQ 将会被制止但主义这不可能在用户模式中发生。如果 F 标志位为零，ARM920T将在每条指令末检测 FIQ 同步发生器的输出是否为

13、低电平。中断 IRQIRQ中断请求异常是一个由 nIRQ 输入端的低电平产生的一个普通中断。IRQ 的优先级低于 FIQ，当进入了相关的 FIQ，会屏蔽 IRQ。除非是在特权(非用户)模式，其他任何时刻都制止设置 CPSR 的 I 位。无论是从 ARM 还是 Thumb 状态进入的异常，IRQ 处理时执行SUBS PC,R14_fiq,#4时，都应该防止中断。中止中止表示不能完成当前对存储器的访问。通过外部 ABORT 输入端指示的。ARM920T 在存储器访问周期期间检测中止异常。有两种类型的中止： 预取中止Prefetch Abort：发生在指令预取期间 数据中止Date Abort：发生

14、在数据访问期间如果发生预取中止，将屏蔽预取指并为无效，但并不会立刻带来异常，直到指令到达流水线的执行阶段才发生。假设未执行该指令，将不会发生中止，因为流水线发生了分支。如果发生数据中止，由指令类型决定其行为： 单一的数据转移指令LDR，STR回写到被修改的基址存放器：中止处理程序必须意识到这点。 交换指令SWP执行失败，就如同没有被执行。 块数据转移指令LDM，STM完成。如果设置了回写，基址存放器将被更新。如果指令会覆盖基址存放器数据转移列表中包含基址，覆盖将会被阻止。说明了中止后所有存放器的覆盖都会被阻止，特别是R15通常是最后转移的存放器在一个被中止的 LDM 指令会被阻止覆盖。中止机制

15、使得分页虚拟存储器系统可以被实现。在这样一个系统中允许处理器产生任意地址。当无法获取某一地址上的数据时，存管理单元Memory Management Unit-MMU将说明产生一个中止。中止处理程序必须紧接着找出中止原因，使得被请求的数据可用并重试被中止的指令。应用程序并不需要了解可以使用的存总量，也不需要关心中止对其状态以任何方式被影响。当确定中止原因后，处理程序应该不顾状态ARM 或 Thumb执行以下语句：SUBS PC,R14_abt,#4 ; 预取中止SUBS PC,R14_abt,#8 ; 数据中止这将恢复 PC 和 CPSR，并重试被中止的指令。软件 中断 SWI软件中断指令So

16、ftware Interrupt Instruction-SWI)用于进入管理模式，通常请求一个特定的管理功能。SWI处理程序应当在状态ARM 或 Thumb过执行以下指令返回：MOV PC,R14_svc这将恢复 PC 和 CPSR，并返回到 SWI 之后的指令。注意 ：nFIQ，nIRQ，ISYNC，LOCK，BIGEND 和 ABORT 引脚只存在于 ARM920T CPU 核之中。未定义指令当 ARM920T 遇到不能处理的指令时，将产生未定义指令陷阱。这个机制可以用于软件仿真扩展 Thhumb 指令集或 ARM 指令集。仿真了失败指令后，陷阱处理程序应该执行在状态ARM 或 Thum

17、b中执行以下指令：MOVS PC,R14_und这将恢复 CPSR，并返回到未定义指令之后的指令。异常向量下表显示了异常向量地址异常优先级当同时出现多个异常时，一个固定的优先级系统将确定它们的处理顺序：高优先级 ：1. 复位2. 数据中止3. 快中断 FIQ4. 中断 IRQ5. 预取 中止低优先级 ：6. 未定义指令，软件中断并不是所有的异常都可以在同一时刻发生 ！未定义指令和软件中断异常互斥，因为它们分别对应于当前指令的的特定(非重叠)译码。如果发生数据中止的同时发生 FIQ 并且又使能了 FIQ CPSR 的 F 标志位被清零，ARM920T 将先进入数据中止处理程序，然后立即转向 FI

18、Q 向量。当从 FIQ 正常返回将会引起数据中止处理程序恢复执行。为了确保传输错误不会在检测中被遗漏，必须将数据中止置为比 FIQ 更高的优先级。进入此异常的时间需要按加上最坏情况下 FIQ 的时间延迟来算。中断延迟当使能了 FIQ ，其最坏情况的延迟包括：请求通过同步器的最长时间Tsyncmax，如果为异步，加上完成最长指令的时间(Tldm，最长指令是装载包括 PC 在所有的存放器的 LDM 指令)，加上数据中止进入的时Texc，再加上 FIQ 进入的时间Tfiq。在该时间末 ARM920T 将会执行位于 0x1C 处的指令。Tsyncmax 为 3 个才处理器周期，Tldm 为 20 个周

19、期，Texc 为 3 个周期，Tfiq 为 2 个周期。因此总时间为 28个处理器周期。在一个使用连续 20MHz 处理器时钟的系统中，其只过了 1.4 毫秒。最大 IRQ 延迟的计算与此类同，但还必须实际考虑， FIQ 具 有更高的优先级并且能推迟任意长度的时间进入到 IRQ 处理程序。FIQ 或 IRQ 最小延迟包括请求通过同步器的最短时间Tsyncmin加上 Tfiq。此时为 4 个处理器周期。复位当 nRESET 信号端变为低电平时，ARM920T 将放弃正在处理的指令，然后从递增incrementing字地址继续取指令。当 nRESET 信号端变为高电平时，ARM920T 将：1. 复制当前 PC 和 CPSR 的值覆盖到 R14_svc 和 SPSR_svc 中。未定义保存的 PC 和 SPSR 的值2. 强制将 M4:0设置为 10011管理模式，置位 CPSR 中的 I 和 F 位并去除 CPSR 的 T 位。3. 强制 PC 从 0x00 地址开场对下一条指令的取指。4. 在 ARM 状态恢复执行。