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标题: ARM处理器工作模式 [打印本页]

作者: look_w 时间: 2017-10-24 18:03 标题: ARM处理器工作模式

一、ARM体系的CPU有以下7种工作模式：
1、用户模式（usr）：正常的程序执行状态
2、快速中断模式（fiq）：用于支持高速数据传输或通道处理
3、中断模式（irq）：用于普通中断处理
4、管理模式（svc）：操作系统使用的保护模式
5、系统模式（sys）：运行具有特权的操作系统任务
6、数据访问终止模式（abt）：数据或指令预取终止时进入该模式
7、未定义指令终止模式（und）：未定义的指令执行时进入该模式

处理器工作模式	特权模式	异常模式	说明
用户（user）模式			用户程序运行模式
系统（system）模式	该组模式下可以任意访问系统资源		运行特权级的操作系统任务
一般中断（IRQ）模式		通常由系统异常状态切换进该组模式	普通中断模式
快速中断（FIQ）模式			快速中断模式
管理（supervisor）模式			提供操作系统使用的一种保护模式，swi命令状态
中止（abort）模式			虚拟内存管理和内存数据访问保护
未定义指令终止（undefined）模式			支持通过软件仿真硬件的协处理

二、CPU模式
   CPU的模式可以简单的理解为当前CPU的工作状态，比如：当前操作系统正在执行用户程序，那么当前CPU工作在用户模式，这时网卡上有数据到达，产生中断信号，CPU自动切换到一般中断模式下处理网卡数据（普通应用程序没有权限直接访问硬件），处理完网卡数据，返回到用户模式下继续执行用户程序。
1、用户模式 VS  特权模式
   7种模式中除用户模式外其它的6种处理器模式称为Privileged Modes(特权模式)。
用户模式：大多数用户程序运行在用户模式，此模式下程序不能够访问一些受操作系统保护的系统资源，应用程序也不能直接进行处理器模式的切换。
特权模式：程序可以访问所有的系统资源，也可以任意地进行处理器模式的切换。只有在特权模式下才允许对当前的程序状态寄存器的反有控制位直接进行读写访问。

2、异常模式 VS 系统模式
6种特权模式中除系统模式外，其他5种特权模式又称之为异常模式。
异常模式：当应用程序发生异常中断时，处理器进入相应的异常模式。每一种异常模式都有一组寄存器，供相应的异常处理程序使用，这样可保证进入异常模式时，用户模式下的寄存器（保存了程序运行状态）不被破坏。
系统模式：系统模式不是通过异常过程进入的，它和用户模式具有完全一样的寄存器。但是系统模式属于特权模式，可以访问所有的系统资源，也可以直接进行处理器模式的切换。它主要供操作系统任务使用。

附：何时近入到异常模式
1）-- 复位进入管理模式，操作系统内核通常处于此种模式
2）-- 访问失败则进入中止模式
3）-- 遇到不支持的指令时，进入未定义
4）-- 中断模式与快速中断模式分别对ARM外理器2种不同等级别的中断

三、模式切换
   处理器的模式可以通过软件控制进行切换，也可以通过外部中断或是异常处理过程进行切换。
1、当异常发生，CPU进入相应的异常模式时，以下工作是由CPU自动完成的：
1）-- 在异常模式的R14中保存前一工作模式的下一条即将执行的指令地址；
2）-- 将CPSR的值复制到异常模式的SPSR中；
3）-- 将CPSR的工作模式设为该异常模式对应的工作模式；
4）-- 令PC值等于这个异常模式在异常向量表中的地址，即跳转去执行异常向量表中的相应指令；

2、从异常工作模式退回到之前的工作模式时，需要由软件来完成以下工作：
1）-- 将异常模式的R14减去一个适当的值（4或8）后赋给PC寄存器；
2）-- 将异常模式SPSR的值赋给CPSR；

四、ARM体系的CPU有两种工作状态
1、ARM
2、THumb
CPU上电处于ARM状态

五、寄存器
ARM有31个通用的32位寄存器，6个程序状态寄存器，共分为7组，有些寄存器是所有工作模式共用的，还有一些寄存器专属于每一种工作模式；
R13——栈指针寄存器，用于保存堆栈指针；
R14——程序连接寄存器，当执行BL子程序调用指令时，R14中得到R15的备份，而当发生中断或异常时，R14保存R15的返回值；
R15——程序计数器；快速中断模式有7个备份寄存器R8—R14，这使得进入快速中断模式执行很大部分程序时，甚至不需要保存任何寄存器；
快速中断模式有7个备份寄存器R8—R14，这使得进入快速中断模式执行很大部分程序时，甚至不需要保存任何寄存器；
其它特权模式都含有两个独立的寄存器副本R13、R14，这样可以令每个模式都拥有自己的堆栈指针和连接寄存器；

六、当前程序状态寄存器（CPSR）
CPSR中各位意义如下：
T位：1——CPU处于Thumb状态， 0——CPU处于ARM状态；
I、F（中断禁止位）： 1——禁止中断， 0——中断使能；
工作模式位：可以改变这些位，进行模式切换；

七、程序状态保存寄存器（SPSR）
      当切换进入某一个特权模式时，SPSR保存前一个工作模式的CPSR值，这样，当返回前一个工作模式时，可以将SPSR的值恢复到CPSR中；

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