ARM体系结构与指令集

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1、嵌入式系统技术与设计第2章ARM体系结构与指令集ARM体系结构的特点2.1ARM处理器工作模式2.2寄存器组织2.3流水线2.4ARM存储系统2.5异常2.6ARM处理器的寻址方式2.7ARM处理器的指令集2.8本章将要介绍ARM体系结构、ARM处理器的工作模式及常用指令集等。通过本章的学习，希望读者能够了解ARM处理器内部的主要工作单元、基本工作原理，掌握常用指令集，并为以后的程序设计打下基础。本章主要内容：●ARM体系结构的特点●ARM处理器的工作模式●寄存器组织●流水线●ARM存储●异常●ARM处理器的寻址

2、方式●ARM处理器的指令集2.1ARM体系结构的特点ARM内核采用RISC体系结构。RISC技术的主要特点参见1.3节。ARM体系结构的主要特征如下（在本书的后续章节中将对这些特征做详细讲解）：（1）大量的寄存器，它们都可以用于多种用途；（2）Load/Store体系结构；（3）每条指令都条件执行；（4）多寄存器的Load/Store指令；（5）能够在单时钟周期执行的单条指令内完成一项普通的移位操作和一项普通的ALU操作；（6）通过协处理器指令集来扩展ARM指令集，包括在编程模式中增加了新的寄存器和数据类型。（7

3、）如果把Thumb指令集也当作ARM体系结构的一部分，那么还可以加上：在Thumb体系结构中以高密度16位压缩形式表示指令集。2.2ARM处理器工作模式表2-1ARM处理器的工作模式处理器工作模式简写描述用户模式（User）usr正常程序执行模式，大部分任务执行在这种模式下快速中断模式（FIQ）fiq当一个高优先级（fast）中断产生时将会进入这种模式，一般用于高速数据传输和通道处理外部中断模式（IRQ）irq当一个低优先级（normal）中断产生时将会进入这种模式，一般用于通常的中断处理特权模式（Supervi

4、sor）svc当复位或软中断指令执行时进入这种模式，是一种供操作系统使用的保护模式数据访问中止模式（Abort）abt当存取异常时将会进入这种模式，用于虚拟存储或存储保护未定义指令中止模式（Undef）und当执行未定义指令时进入这种模式，有时用于通过软件仿真协处理器硬件的工作方式系统模式（System）sys使用和User模式相同寄存器集的模式，用于运行特权级操作系统任务除用户模式外的其他6种处理器模式称为特权模式（PrivilegedModes）。在特权模式下，程序可以访问所有的系统资源，也可以任意地进行处理

5、器模式切换。其中以下5种又称为异常模式：（1）快速中断模式（FIQ）；（2）外部中断模式（IRQ）；（3）特权模式（Supervior）；（4）数据访问中止模式（Abort）；（5）未定义指令中止模式（Undef）。2.3寄存器组织ARM处理器有如下37个32位长的寄存器：（1）30个通用寄存器；（2）6个状态寄存器：1个CPSR（CurrentProgramStatusRegister，当前程序状态寄存器），5个SPSR（SavedProgramStatusRegister，备份程序状态寄存器）；（3）1个PC

6、（ProgramCounter，程序计数器）。ARM处理器共有7种不同的处理器模式，在每一种处理器模式中有一组相应的寄存器组。表2-2列出了ARM处理器的寄存器组织概要。表2-2ARM处理器的寄存器组织概要UserFIQIRQSVCUndefAbortR0UsermodeR0～R7,R15和CPSRUsermodeR0～R12,R15和CPSRUsermodeR0～R12,R15和CPSRUsermodeR0～R12,R15和CPSRUsermodeR0～R12,R15和CPSRR1R2R3R4R5R6R7R8R

7、8R9R9R10R10R11R11R12R12R13(SP)R13(SP)R13R13R13R13R14(LR)R14(LR)R14R14R14R14R15(PC)CPSRSPSRSPSRSPSRSPSRSPSR2.3.1通用寄存器通用寄存器根据其分组与否可分为以下2类。（1）未分组寄存器（theUnbankedRegister），包括R0～R7。（2）分组寄存器（theBankedRegister），包括R8～R14。未分组寄存器包括R0～R7。未分组寄存器没有被系统用于特殊的用途，任何可采用通用寄存器的应用场

8、合都可以使用未分组寄存器。1．未分组寄存器对于分组寄存器R13和R14来说，每个寄存器对应6个不同的物理寄存器。其中的一个是用户模式和系统模式公用的，而另外5个分别用于5种异常模式。访问时需要指定它们的模式。名字形式如下：（1）R13_（2）R14_其中，可以是以下几种模式之一：usr、svc、abt、und、irp及fiq。2．分组寄