ARM硬件架构学习体会

为什么ARM微处理器要分那么多的模式呢？

ARM微处理器在不同模式下对于系统资源的访问权限是不一样，在每种模式下都有若干的寄存器，只允许在当前模式下访问，异常服务程序使用专有寄存器可以节省上下文开销，缩短异常服务程序的执行时间，提高微处理器的效率。

ARM处理器有以下几种工作模式。



ARM微处理器的工作模式的转变

（1）通过软件方式进入特权模式下修改CPSR的模式位M[4:0],在用户模式下是无法修改模式位的。

（2）通过硬件方式：响应异常实现模式的切换。

进入特权模式有什么目的呢？

如果是硬件进入的话，将会实行异常服务程序。如果是软件进入的话，将会访问受系统保护的资源，因为受系统保护的资源在用户模式下是不可访问的。

简述一下流水线的概念？

我的理解：将一个过程分为N个子过程同时执行，这样的话，执行的时间变为原来的1/N，缩短了时间，提高了效率。

如何理解ARM处理器的工作状态与工作模式？

ARM微处理器有两套指令集，一个是ARM指令集另一个是Thumb指令集，当ARM微处理器从程序存储器取出指令执行时，当做ARM指令执行，处于ARM状态，当做THUMB指令执行时，处于THUMB状态。程序状态寄存器（Current Program Status Register）的T标志位来反映,当T=0时，处于ARM状态，当T=1时，处于THUMB状态。CPSR中M[4：0]的模式码，决定当前ARM微处理器处于什么工作模式。

ARM微处理器在什么情况下一定要用ARM指令编写程序呢？

（1）系统上电复位后，硬件强制将CPSR中的T标志位清零，同时PC(Program Counter)指针指向0x00000000处，开始执行程序，此时ARM微处理器处于ARM状态，必须用ARM指令编写程序。

（2）当ARM微处理器发生异常时，处理器执行异常服务程序，一定处于ARM状态，所以异常服务程序必须要用ARM指令来编写。

Transition between these two states does not affect the processor mode or the contents of the registers.

ARM处理器工作状态的切换，不影响处理器寄存器的内容。

ARM微处理器的工作状态是如何实现相互转换的？

ARM指令集和THUMB指令集均有状态转换指令，可使微处理器在两种状态之间进行转换。

比方说“BX Rn”这条指令实现两个操作

(1)将32位寄存器Rn的内容拷贝到程序计数器PC中，实现程序的转移。

(2)Rn[0]=T, Rn[0]=0时，转移处的指令被译作ARM指令，从而使处理器处于ARM状态,Rn[0]=1时，转移处的指令被译作THUMB指令，从而使处理器处于THUMB状态。

响应异常引起状态转换
当处理器正在执行THUMB指令，既处理器处于THUMB状态时，异常发生，处理器转去执行异常服务程序，因为异常服务程序必须用ARM指令编写，因而出现从THUMB状态到ARM状态的转换。异常服务程序执行完毕后，处理器将重新返回THUMB状态，因而又将出现从ARM状态到Thumb状态的转换。