ARM v4版本的处理器有以下两个工作状态:

  1. ARM状态:32位,执行字对准的ARM指令。(性能好,代码密度小
  2. Thumb状态:16位,执行半字对准的Thumb指令。(性能差,代码密度大)

 

进入Thumb状态的方法是:

  1. 执行BX指令,并设置操作数寄存器的状态(位[0])为1。
  2. 在Thumb状态进入异常(所有的异常都是ARM状态),当异常处理返回时自动转换Thumb指令。

进入ARM状态的方法是:

  1. 执行BX指令,并设置操作数寄存器的状态(位[0])为0。
  2. 进入异常时,将PC放入异常模式链接寄存器中,从异常向量地址开始执行也可进入ARM状态。

 
ARM处理器的7种工作模式:

处理器模式 说明
用户模式(User) 正常程序执行模式
异常模式(FIQ) 快速中断处理,用于支持高速数据传送或通道处理
异常模式(IRQ) 一般中断处理
异常模式(Supervisor) 特权模式,用于系统初始化或操作系统的功能
异常模式(Abort) 存储器保护异常处理
异常模式(Undefined) 未定义指令异常处理
系统模式(System) 运行操作系统任务(ARM v4以上版本)

注意:除了User模式外,其他模式都称为特权模式,可以存取系统中的任何资源。User模式下程序不能访问有些受保护内容,也不能直接改变CPU的模式,只能通过异常的形式来处理改变CPU的当前运行状态。Abort和Undefined模式都是错误引起的。

 

ARM处理器有37个寄存器

31个通用寄存器:程序计数器、堆栈及其他通用寄存器

6个状态寄存器:(不能同时看到)

 
ARM工作状态寄存器:

 

Thumb工作状态寄存器:

 

ARM状态与Thumb状态寄存器关系,如下图:

 

处理器模式与寄存器的关系:

异常发生时伴随的模式切换意味着, 被调用的异常处理程序会访问(影子寄存器):

  1. 它自己的堆栈指针 (SP_)
    1. 它自己的链接寄存器 (LR_)
  2. 它自己的备份程序状态寄存器 (SPSR_)
  3. 如果是FIQ异常处理, 5个其它的通用状态寄存器 (r8_FIQ to r12_FIQ)
  4. 其它寄存器和原来模式下的寄存器是相同的

 

通用寄存器是R0-R15的寄存器,分为三类

  1. 没有对应影子寄存器的寄存器R0-R7 (不同模式公用的)
  2. 有对应影子寄存器的寄存器R8-R14
  3. 程序计数器R15 (或者PC)

注意:影子寄存器是指该寄存器在不同的模式下对应的物理寄存器

 

通用寄存器特别说明:

R8-R12各有两组物理寄存器:一组为FIQ模式,另一组是除FIQ以外的其他模式。

R13-R14各有6个分组的物理寄存器,一个用于用户模式和系统模式,其他5个分别用于5种异常模式。

R13(SP指针)被用作栈指针,通常在系统初始化时需要对所有模式下的SP指针赋值,当CPU在不同的模式时栈指针会被自动切换成相应模式下的值。

R14(LR指针)有两个用途,一是在调用子程序时用于保存调用返回地址,二是在发生异常时用于保存异常返回地址

特别注意:PC指向的是正被取指的指令,而不是正在执行的指令。(流水线影响)

 

CPSR(当前程序状态寄存器):

  1. 条件标志
  2. 中断使能标志
  3. 当前处理器的模式
  4. 其它的一些状态和控制标志

 

寄存器编号 可选名字 ATPCS寄存器用法
R0~R3 A1~A4 参数寄存器,在调用函数时,用来存放前4个函数参数和返回值,多出的存堆栈中。(易失的)
R4~R8 V1~V5 通用变量寄存器。(非易失性的)
R9 V6 sb 通用变量寄存器。在与读/写位置无关的编译情况下,用作基址寄存器。(非易失性的)
R10 V7 sl 通用变量寄存器。在使用堆栈边界检查的编译情况下,R10保存堆栈边界的地址。(非易失性的)
R11 V8 fp 通用变量寄存器。在使用结构指针的情况下,必须保存这个寄存器中调用函数的变量值。(非易失性的)
R12 Ip 通用临时过渡寄存器(易失的)
R13 sp 堆栈指针,指向满递减堆栈
R14 lr 链接寄存器,在函数调用时用以保存返回地址
R15 pc 程序计数器

注意:带四个或更少的参数的函数,要比多于四个参数的效率到很多,多于四个,参数要存放在堆栈中,调用函数,须通过堆栈。

 

拓展:esp:x86的堆栈,ebp:x86的基地址。