第三章 ARM处理器的编程模型

在汇编语言中寄存器 R3(a4) R0～R13为保存数据或 R4(v1) R5(v2) 地址值的通用寄存器。 R6(v3) 它们是完全通用的寄存 通用寄 R7(v4) 存器和 器，不会被体系结构作 程序计 R8(v5) 数器 为特殊用途，并且可用 R9(SB,v6) 于任何使用通用寄存器 R10(SL,v7) R11(FP,v8) 的指令。
快中断 (fiq) 快中断 (fiq) 中断 中断 管理 管理 中止 中止 (irq) (irq) (svc) (svc) (abt) (abt)
未定义 (und)
除用户模式外，其它模式均为特 支持高速数据传输及通 FIQ异常响应时进入此模式 权模式。ARM内部寄存器和一些 道处理 片内外设在硬件设计上只允许（或 用于通用中断处理 IRQ异常响应时进入此模式 者可选为只允许）特权模式下访问。 系统复位和软件中断响应时进 操作系统保护代码 入此模式 此外，特权模式可以自由的切换处 用于支持虚拟内存和/或 在ARM7TDMI没有大用处 理器模式，而用户模式不能直接切 存储器保护 换到别的模式。 未定义指令异常响应时进入此 支持硬件协处理器的软
所有数据操作，例如ADD，都以字为单位；
装载和保存指令可以对字节、半字和字进行操作，当装 载字节或半字时自动实现零扩展或符号扩展； ARM指令的长度刚好是1个字（分配为占用4个字节）， Thumb指令的长度刚好是半字（占用2个字节）。
2.1.2 处理器工作状态

处理器状态
ARM7TDMI处理器内核使用V4T版本的ARM结 构，该结构包含32位ARM指令集和16位Thumb指 令集。因此ARM7TDMI处理器有两种操作状态： ARM状态：32位，这种状态下执行的是字方 式的ARM指令； Thumb状态：16位，这种状态下执行半字方式

1990年代
ARM处理器开始进入嵌入 式系统领域，广泛应用于 移动通信、消费电子等领 域。
2000年代至今
随着移动互联网的兴起， ARM处理器在智能手机、 平板电脑等移动设备中占 据主导地位。
ARM处理器的特点
低功耗
高性能
ARM处理器的功耗较低， 适用于移动设备和嵌入 式系统等对功耗要求较
高的场景。
分支指令用于控制程序的流 程，如跳转、子程序调用等。
04
05Βιβλιοθήκη 加载指令用于将数据从内存 加载到寄存器中。
ARM汇编语言伪指令
伪指令包括段定义、 符号定义、数据定 义等。
符号定义用于定义 程序中的变量和常 量。
ARM汇编语言伪指 令用于控制程序的 布局和组织。
段定义用于定义程 序的各个部分，如 代码段、数据段等。
随着物联网和边缘计算的发展，ARM正在 开发低功耗、高性能的处理器，以满足物 联网设备和边缘计算的需求。
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。
消费电子
ARM处理器适用于各种消费 电子产品，如电视、音响、游
戏机等。
物联网
ARM处理器在物联网设备中 广泛应用，如智能家居、智能
穿戴设备等。
嵌入式系统
ARM处理器适用于各种嵌入 式系统，如工业控制、医疗设
备、航空航天等。
02 ARM编程模型
ARM指令集架构
ARM指令集架构是ARM处理器的基础，它定义了处理器可以 执行的各种指令和操作。ARM指令集架构具有精简、高效的 特点，广泛应用于嵌入式系统、移动设备、物联网等领域。
05
程序主体包含程序的执行代码
，由一系列的ARM汇编语言指
令组成。

➢ 当前处理器的模式决定着哪组寄存器可操作. 任何模式都可以存取： 相应的r0-r12子集 相应的 r13 (the stack pointer, sp) and r14 (the link register, lr) 相应的 r15 ( the program counter, pc) 相应的CPSR(current program status register, cpsr)
User:非特权模式，大部分任务执行在这种模式 • 正常程序执行的模式
FIQ:当一个高优先级(fast)中断产生时将会进入这种模式
异 常
• 高速数据传输和通道处理
模 IRQ:当一个低优先级(normal)中断产生时将会进入这种模式
特
式
• 通常的中断处理
权
Supervisor:当复位或软中断指令执行时将会进入这种模式
User mode r0-r12, r15, and cpsr
r13 (sp) r14 (lr)
User mode r0-r12, r15, and cpsr
r13 (sp) r14 (lr)
cpsr
spsr
spsr
spsr
Note: System模式使用user模式寄存器集
23.11.2020
CUN
CUN
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模式改变方法
➢ 方法：
软件控制 外部中断或异常处理
➢ 通常在用户模式下
不能访问被保护的系统资源 一般不能改变模式 异常发生可以导致模式改变
23.11.2020
CUN
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寄存器组织
当前可见寄存器
Abort Mode
r0 r1 r2 r3 r4 r5 r6 r7 r8 r9 r10 r11 r12 r13 (sp) r14 (lr) r15 (pc)

所支持的最大寻址空间为4GB
bit 31
23 19 15 11 7 3 22 18 14 10 6 2 21 17 13 9 5 1
bit 0
20 16 12 8 4 0
位/16位处理器体系结构中，字节的
长度均为8位。
word16 half -word14 half -word12 word8 by te6 half -word4 by te addres s
CPU与 I/O设备 之间的 接口信 息
开Hale Waihona Puke 量只有两个状态的量，如阀门的合与断、电 路的开与关等
READY信号：输入设备是否准 备好 BUSY信号：输出设备是否忙 ……
状态信息
反映外设当 前工作状态 的信息
控制信息
•读写控制信号 CPU向外部 •时序控制信号 设备发送的 •中断信号 控制命令信 •片选信号 息 •其它操作信号
2013
No. 18
ARM微处理器：CPU模式
程序不能访问有些受保护的资源
User模式 只能通过异常的形式来改变CPU的当前运行模式 System 模式
特权模式 可以存取 系统中的 任何资源 与User模式的运行环境一样 但是它可以不受任何限制的访问任何资源 该模式主要用于运行系统中的一些特权任务
ARM体系结构将存储器看作是从零
地址开始的字节的线性组合。
从零字节到三字节放置第一个存储的 字数据， 从第四个字节到第七个字节放置第二个 存储的字数据，依次排列。 作为32位的微处理器，ARM体系结构
理器体系结构中，字的长度一般为
16位，请读者在阅读时注意区分。 半字（Half-Word）：在ARM体系 结构中，半字的长度为16位，与8位 /16位处理器体系结构中字的长度一 致。 字节（Byte）：在ARM体系结构和8