Helper2416-15——裸机第七弹——ARM工作模式 & PSR简介 & 堆栈初始化

yuanlai2010

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裸机第七弹——ARM工作模式 & PSR简介 & 堆栈初始化

参与Helper2416开发板助学计划心得

简述ARM9的七种工作模式

1：用户模式（usr）：ARM处理器正常的程序执行状态。

2：系统模式（sys）：运行具有特权的操作系统任务。

3：管理模式（svc）：操作系统使用的保护模式。

4：数据访问终止模式（sbt）：当数据或指令预取终止时进入该模式，可用于与你存储及储存保护。

5：未定义指令终止模式（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。

6：中断模式（irq）：用于通用的中断处理。

7：快速中断模式（fiq）：用于高速数据传输或通道处理。

不同的模式可以通过软件来相互切换，或者发生各类中断和异常时处理器自动进入相应的模式

如上图所示：除usr模式以外的六种模式都属于特权模式，进入特权模式是为了处理中断、异常，或者访问被系统保护的资源，其实在操作系统下大部分程序是运行在usr模式下的。而对于特权模式中除sys模式以外的五种模式又被称为一场模式，顾名思义，就是处理各种异常的，一旦异常发生，处理器便会自动进入相应的异常模式。

需要说明的是：中断本身也就是一种异常

另外，ARM9同时还有两种工作状态。

1：ARM状态：执行32位的word（4Byte）对齐的ARM指令。
2：Thumb状态：执行16位的halfword（2Byte）对齐的Thumb指令。

注意：处理器上电后便是svc模式ARM状态，Thumb模式基本用不到，我们就不用管他的工作状态了。

如上图所示：
在ARM状态下，每种工作模式都用16个通用寄存器（图中对应模式下的那一列寄存器R0-R15）其中带三角的是该模式下所特有的，具有实际存在，没带三角的就是各个模式所通用的（只有一个实际存在），其中R13作为SP、R14作为LR、R15作为PC。

每种模式除了这16个通用寄存器外，还有一个程序状态寄存器Current Program Status Register(CPSR)，另外，五个异常模式下还有一个Saved Program Status Register(SPSR)用于保存模式切换前CPSR的值。
PSR简介



1：工作模式位：
指明CPU当前处于什么模式。可以编写这些位，使CPU进入指定的工作模式。



2：T标志位：
指明当前是处于ARM模式还是Thumb模式



3：中断禁止位：
A、I、F中断禁止位



4：条件标志位与ARM条件码的关系：



堆栈初始化
在实际使用中，我们都会用C开发，这就需要我们初始化好堆栈，由于各种工作模式中都有自己的SP寄存器，我们需要为每种工作模式（暂且将usr和sys模式看作一个模式）都设置好堆栈，


实现：
由于各种模式下的SP寄存器只能其对应的模式下才能被访问，所以我们需要先通过修改CPSR的值进入相应的模式，再设置他的堆栈，需要注意的是，CPSR中的工作模式位只能在特权模式下才能被修改。示例如下：

1. @
   
2. @ Set up the Stack for Undefined mode
   
3. @
   
4.          LDR   r0, =_stack                     @ Read the stack address
   
5.          MSR   cpsr_c, #MODE_UND|I_F_BIT       @ switch to undef  mode
   
6.          MOV   sp,r0                           @ write the stack pointer
   
7.          SUB   r0, r0, #UND_STACK_SIZE         @ give stack space
   
8. @
   
9. @ Set up the Stack for abort mode
   
10. @        
    
11.          MSR   cpsr_c, #MODE_ABT|I_F_BIT       @ Change to abort mode
    
12.          MOV   sp, r0                          @ write the stack pointer
    
13.          SUB   r0,r0, #ABT_STACK_SIZE          @ give stack space
    
14. @
    
15. @ Set up the Stack for FIQ mode
    
16. @      
    
17.          MSR   cpsr_c, #MODE_FIQ|I_F_BIT       @ change to FIQ mode
    
18.          MOV   sp,r0                           @ write the stack pointer
    
19.          SUB   r0,r0, #FIQ_STACK_SIZE          @ give stack space
    
20. @
    
21. @ Set up the Stack for IRQ mode
    
22. @      
    
23.          MSR   cpsr_c, #MODE_IRQ|I_F_BIT       @ change to IRQ mode
    
24.          MOV   sp,r0                           @ write the stack pointer
    
25.          SUB   r0,r0, #IRQ_STACK_SIZE          @ give stack space
    
26. @
    
27. @ Set up the Stack for SVC mode
    
28. @        
    
29.          MSR   cpsr_c, #MODE_SVC|I_F_BIT       @ change to SVC mode
    
30.          MOV   sp,r0                           @ write the stack pointer
    
31.          SUB   r0,r0, #SVC_STACK_SIZE          @ give stack space
    
32. @
    
33. @ Set up the Stack for USer/System mode
    
34. @      
    
35.          MSR   cpsr_c, #MODE_SYS|I_F_BIT       @ change to system mode
    
36.          MOV   sp,r0                           @ write the stack pointer

复制代码

论坛ID：yuanlai2010

发表时间：2014-07-22

yuanlai2010

论坛的编辑器不怎么会用，最后那两张图不知道怎么删除了。在编辑界面是看不到的，发表出来就有了！

spacexplorer

我也不会用！呵呵，试一下在编辑的时候图片里边去掉那两张图片看看？

sdwuyawen

楼主第一个图是哪个文档里的？能分享一下吗？

soso

yuanlai2010 发表于 2014-7-22 16:27
论坛的编辑器不怎么会用，最后那两张图不知道怎么删除了。在编辑界面是看不到的，发表出来就有了！

点击  编辑  然后 点击图片  就可以看到你多的那个图片了 去掉相应的就可以了。

yuanlai2010

sdwuyawen 发表于 2014-9-18 21:08
楼主第一个图是哪个文档里的？能分享一下吗？

看了下是这篇文档 ARMv5 Architecture Reference Manual.pdf (4.92 MB, 下载次数: 9)

2014-9-19 09:44 上传

点击文件名下载附件

，那张图出现的位置是在第43页。

yuanlai2010

soso 发表于 2014-9-19 09:00
点击  编辑  然后 点击图片  就可以看到你多的那个图片了 去掉相应的就可以了。

多谢SOSO姐支招，不过可惜的是现在这帖子已经不能编辑了！

soso

yuanlai2010 发表于 2014-9-19 09:47
多谢SOSO姐支招，不过可惜的是现在这帖子已经不能编辑了！

刚刚帮你编辑了 ：）

yuanlai2010

soso 发表于 2014-9-19 09:55
刚刚帮你编辑了 ：）

SOSO姐人实在是太好了

soso

yuanlai2010 发表于 2014-9-19 10:05
SOSO姐人实在是太好了

应该的呀 ：）