2014-05-01 Arm架构的处理器模式和寄存器用途

如今，RISC体系架构把持着各种移动设备，如手机和平板以Arm架构为主，路由器，机顶盒以Mips架构为主，也大有向以CISC的x86架构提起挑战；RISC的中心思想：简化指令集的复杂程度，简化指令实现的硬件设计，简化流水线设计。通常CISC中的一条指令需要RISC的多条指令来实现。

（1）Arm公司在英国剑桥成立，它不生产芯片，只负责设计芯片，向其他公司提供授权服务，卖知识产权；

（2）Arm处理模式分为七种：USER，FIQ，IRQ，SVE，ABT，UND，SYS;除了USER，其他6中均为特权模式，可访问系统中所有的资源，任意的进行处理器模式切换；除了USER，SYS，其他5中均为异常模式；处理器切换方式可以是软件切换，也可能是外部中断或异常处理过程；

（3）用户程序运行在用户态，不能访问操作系统所保护的系统资源，不能直接进行切换模式而是通过异常；由于每一个异常模式都有自己的寄存器，故用户状态下的寄存器的值不会被破坏；

（4）系统模式不是通过异常进程进入的，他具有和用户模式完全一样的寄存器，它主要供操作系统的底层程序使用，扩大权限，通常可以使用用户模式的寄存器组，不使用异常模式下的寄存器组，这样可以保证异常中断发生时任务状态不会被破换；



（5）Arm处理器有31个通用寄存器，6个状态寄存器（目前只用到其中的12位）；R0-R7需备份寄存器；R8-R12注意其中FIQ处理程序时，不必执行保存和恢复中断现场的指令，从而处理中断速度很快；R13通常是Arm的栈指针，当进入异常模式，将所需的寄存器值保存到R13指向的栈指针，返回时弹出；R14是LR，存放当前子程序的返回地址，当通过BL或BLX指令调用子程序时，R14被设置，如保存到栈中（STMFD
SP!, <......>, LR），子程序返回时（LDMFD SP!, <......>, PC），异常中断发生时，R14有可能被设置成该异常模式将要返回的地址，通常会加一个偏移值；R15是PC，由于采用流水线机制，PC指向当前指令地址加8，采用STR/STM保存PC时可能是当前指令地址加8字节（3级流水线时）或12字节（5级流水线时）；



（6）CPSR，SPSR包含了条件标志位（NZCV），Q标志位（CPSR表示DSP指令是否发生异常，SPSR表示异常中断时保存和恢复的CPSR标志位），中断控制位（I=1禁止IRQ，F=1禁止FIQ），T控制指令执行状态（Thumb和Arm指令），处理器模式控制位（M4...M0）；