ARM7体系结构专业讲堂课件

路漫漫其悠远路漫漫其悠远少壮不努力，老大徒悲伤少壮不努力，老大徒悲伤少壮不努力，老大徒悲伤少壮不努力，老大徒悲伤2024/5/4ARM7体系结构专业讲体系结构专业讲堂堂路漫漫其悠远路漫漫其悠远少壮不努力，老大徒悲伤少壮不努力，老大徒悲伤少壮不努力，老大徒悲伤少壮不努力，老大徒悲伤第3章 ARM7体系结构路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂第3章 目录q1.简介q2.ARM7TDMIq3.ARM7TDMI的模块和内部框图q4.体系结构直接支持的数据类型q5.处理器状态q6.处理器模式q7.内部寄存器q8.程序状态寄存器q9.异常q10.中断延迟q11.复位q12.存储器及存储器映射I/Oq13.寻址方式简介q14.ARM7指令简介q15.协处理器接口q16.调试接口简介q17.ETM接口简介路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂第3章 目录q1.ARM体系结构q2.ARM7TDMIq3.ARM7TDMI的模块和内部框图q4.体系结构直接支持的数据类型q5.处理器状态q6.处理器模式q7.内部寄存器q8.程序状态寄存器q9.异常q10.中断延迟q11.复位q12.存储器及存储器映射I/Oq13.寻址方式简介q14.ARM7指令简介q15.协处理器接口q16.调试接口简介q17.ETM接口简介路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂3.1 ARM简介ARM体系结构 ARM处理器为RISC芯片，其简单的结构使ARM内核非常小，这使得器件的功耗也非常低。它具有经典RISC的特点：大的、统一的寄存器文件；装载/保存结构，数据处理 操作只针对寄存器的内容，而不直接对存储器进行操作；简单的寻址模式;统一和固定长度的指令域，简化了指令的译码。路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂3.1 ARM简介ARM体系结构ARM体系结构的特点：每条数据处理指令都对算术逻辑单元和移位器控制，以实现ALU和移位器的最大利用；地址自动增加和减少寻址模式，优化程序循环；多寄存器装载和存储指令实现最大数据吞吐量;所有指令的条件执行实现最快速的代码执行。路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂第3章 目录q1.简介q2.ARM7TDMIq3.ARM7TDMI的模块和内部框图q4.体系结构直接支持的数据类型q5.处理器状态q6.处理器模式q7.内部寄存器q8.程序状态寄存器q9.异常q10.中断延迟q11.复位q12.存储器及存储器映射I/Oq13.寻址方式简介q14.ARM7指令简介q15.协处理器接口q16.调试接口简介q17.ETM接口简介路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂3.2 ARM7TDMI简介 ARM7TDMI基于ARM体系结构V4版本，是目前低端的ARM核。具有广泛的应用，其最显著的应用为数字移动电话。注意：“ARM核”并不是芯片，ARM核与其它部件如RAM、ROM、片内外设组合在一起才能构成现实的芯片。路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂3.2 ARM7TDMI简介 ARM7TDMI支持32位寻址范围，并弥补了ARM6不能在低于5V电源电压下工作的不足。ARM7TDMI的后缀意义为：支持高密度16位的Thumb指令集；支持片上调试；支持64位乘法；支持EmbededICE观察硬件；ARM7TDMI 的可综合（synthesizable）版本（软核），对应用工程师来说其编程模型与ARM7TDMI 一致；ARM7 T D M I-S路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂3.2 ARM7TDMI简介 ARM7TDMI处理器是ARM通用32位微处理器家族的成员之一。它具有优异的性能，但功耗却很低，使用门的数量也很少。它属于精简指令集计算机（RISC），比复杂指令集计算机（CISC）要简单得多。这样的简化实现了：高的指令吞吐量；出色的实时中断响应；小的、高性价比的处理器宏单元。路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂3.2 ARM7TDMI三级流水线 ARM7TDMI处理器使用流水线来增加处理器指令流的速度。这样可使几个操作同时进行，并使处理和存储器系统连续操作，能提供0.9MIPS/MHz的指令执行速度。ARM7TDMI的流水线分3级，分别为：取指译码执行路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂3.2 ARM7TDMI三级流水线 正常操作过程中，在执行一条指令的同时对下一条指令进行译码，并将第三条指令从存储器中取出。这三条指令之间的位置关系如下表所示：流水线上各指令的地址流水线工位描述ARM指令集Thumb指令集PCPC取指指令从存储器中取出PC-4PC-2译码对指令使用的寄存器进行译码PC-8PC-4执行从寄存器组中读出寄存器，执行移位和ALU操作，寄存器被写回到寄存器组中路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂3.2 ARM7TDMI存储器访问 ARM7TDMI处理器使用了冯诺依曼（Von Neumann）结构，指令和数据共用一条32位总线。只有装载、存储和交换指令可以对存储器中的数据进行访问。数据可以是字节（8位）、半字（16位）或者字（32位）。路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂3.2 ARM7TDMI存储器访问计算机结构说明：“冯诺依曼”结构：把代码作为一种特殊的数据来操作，指令总线和数据总线及其存储区域是统一的；“哈佛”结构：指令总线和数据总线及其存储区是分开、独立的。路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂3.2 ARM7TDMI存储器访问 ARM7TDMI处理器的存储器接口可以使潜在的性能得以实现，这样减少了存储器的使用。对速度有严格要求的控制信号使用流水线，这样使系统控制功能以标准的低功耗逻辑实现。ARM7TDMI处理器的存储器周期有4个基本类型：内部周期；非连续的周期；连续 的周期；协处理器寄存器的传输周期。路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂第3章 目录q1.简介q2.ARM7TDMIq3.ARM7TDMI的模块和内部框图q4.体系结构直接支持的数据类型q5.处理器状态q6.处理器模式q7.内部寄存器q8.程序状态寄存器q9.异常q10.中断延迟q11.复位q12.存储器及存储器映射I/Oq13.寻址方式简介q14.ARM7指令简介q15.协处理器接口q16.调试接口简介q17.ETM接口简介路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂3.3 ARM7TDMI的模块和内核框图ARM7TDMI模块框图EmbeddedICE-RTCPUDBGRNG(0)DBGRNG(1)DBGEXT(0)DBGEXT(1)TAP数据总线ADDR31:0LOCKWRITESIZE1:0PROT1:0TRANS1:0WDATA31:0RDATA31:0DBGTDIDBGnTRSTDBGTMSDBGTCKENDBGTDO宏单元控制器协处理器接口信号扫描链1扫描链2EmbeddedICE-RT路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂3.3 ARM7TDMI的模块和内核框图ARM7TDMI内核框图地址寄存器寄存器组31*32位寄存器（6个状态寄存器）地址增加器乘法器桶形移位器32位ALU写数据寄存器指令管线读数据寄存器Thumb指令译码器指令译码和控制逻辑ADDR31:0CLKCLENCFGBIGENDnIRQnFIQnRESETABORTLOCKWRITESIZE1:0PROT1:0TRANS1:0DBG输出DBG输入CP控制CP握手WDATA31:0RDATA31:0扫描调试控制路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂3.3 ARM7TDMI的模块和内核框图ARM7TDMI功能框图路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂LPC2378的功能框图ARM7TDMI-SCPUAHB To VPBEMCVICI2C串行接口SPI串行接口UART0&1CAN看门狗定时器系统控制外部中断TIMER0/1ADC通用I/OPWM0实时时钟SRAMFlashAHB 总线ARM7 局部总线系统功能路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂第3章 目录q1.简介q2.ARM7TDMIq3.ARM7TDMI的模块和内部框图q4.体系结构直接支持的数据类型q5.处理器状态q6.处理器模式q7.内部寄存器q8.程序状态寄存器q9.异常q10.中断延迟q11.复位q12.存储器及存储器映射I/Oq13.寻址方式简介q14.ARM7指令简介q15.协处理器接口q16.调试接口简介q17.ETM接口简介路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂3.4 体系结构直接支持的数据类型体系结构直接支持的数据类型ARM处理器支持下列数据类型：字节 8位半字 16位（必须分配为占用两个字节）字 32为（必须分配为占用4各字节）1112342路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂体系结构直接支持的数据类型注意：V4版本之后的ARM结构都支持这3种结构（包括V4版本），而以前的版本只支持字节和字；当数据类型定义为无符号型时，N位数据值使用正常的二进制格式表示范围为02N-1的非负整数；当数据类型定义为有符号型时，N位数据值使用2的补码格式表示范围为-2N-1+2N-1-1的整数；3.4 体系结构直接支持的数据类型路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂体系结构直接支持的数据类型注意：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）。3.4 体系结构直接支持的数据类型路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂第3章 目录q1.简介q2.ARM7TDMIq3.ARM7TDMI的模块和内部框图q4.体系结构直接支持的数据类型q5.处理器状态q6.处理器模式q7.内部寄存器q8.程序状态寄存器q9.异常q10.中断延迟q11.复位q12.存储器及存储器映射I/Oq13.寻址方式简介q14.ARM7指令简介q15.协处理器接口q16.调试接口简介q17.ETM接口简介路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂3.5 处理器状态处理器状态 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的Thumb指令。注意：两个状态之间的切换并不影响处理器模式或寄存器内容。路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂3.5 处理器状态处理器状态 使用BX指令将ARM7TDMI内核的操作状态在ARM状态和Thumb状态之间进行切换（详见第4章），程序如下所示。;从Arm状态切换到Thumb状态 LDR R0,=Lable+1 BX R0;从Thumb状态切换到ARM状态 LDR R0,=Lable BX R0地址最低位为1，表示切换到Thumb状态地址最低位为0，表示切换到ARM状态跳转地址标号路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂第3章 目录q1.简介q2.ARM7TDMIq3.ARM7TDMI的模块和内部框图q4.体系结构直接支持的数据类型q5.处理器状态q6.处理器模式q7.内部寄存器q8.程序状态寄存器q9.异常q10.中断延迟q11.复位q12.存储器及存储器映射I/Oq13.寻址方式简介q14.ARM7指令简介q15.协处理器接口q16.调试接口简介q17.ETM接口简介路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂3.6 处理器模式简介 ARM体系结构支持7种处理器模式，分别为：用户模式、快中断模式、中断模式、管理模式、中止模式、未定义模式和系统模式，如下表所示。这样的好处是可以更好的支持操作系统并提高工作效率。ARM7TDMI完全支持这七种模式。路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂处理器模式说明备注 用户 (usr)正常程序工作模式不能直接切换到其它模式 系统 (sys)用于支持操作系统的特权任务等与用户模式类似，但具有可以直接切换到其它模式等特权 快中断 (fiq)支持高速数据传输及通道处理FIQ异常响应时进入此模式 中断 (irq)用于通用中断处理IRQ异常响应时进入此模式 管理 (svc)操作系统保护代码系统复位和软件中断响应时进入此模式 中止 (abt)用于支持虚拟内存和/或存储器保护在ARM7TDMI没有大用处 未定义 (und)支持硬件协处理器的软件仿真未定义指令异常响应时进入此模式3.6 处理器模式处理器模式路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂3.6 处理器模式特权模式处理器模式说明备注 用户 (usr)正常程序工作模式不能直接切换到其它模式 系统 (sys)用于支持操作系统的特权任务等与用户模式类似，但具有可以直接切换到其它模式等特权 快中断 (fiq)支持高速数据传输及通道处理FIQ异常响应时进入此模式 中断 (irq)用于通用中断处理IRQ异常响应时进入此模式 管理 (svc)操作系统保护代码系统复位和软件中断响应时进入此模式 中止 (abt)用于支持虚拟内存和/或存储器保护在ARM7TDMI没有大用处 未定义 (und)支持硬件协处理器的软件仿真未定义指令异常响应时进入此模式 除用户模式外，其它模式均为特权模式。ARM内部寄存器和一些片内外设在硬件设计上只允许（或者可选为只允许）特权模式下访问。此外，特权模式可以自由的切换处理器模式，而用户模式不能直接切换到别的模式。未定义 (und)中止 (abt)管理 (svc)中断 (irq)快中断 (fiq)系统 (sys)路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂3.6 处理器模式异常模式处理器模式说明备注 用户 (usr)正常程序工作模式不能直接切换到其它模式 系统 (sys)用于支持操作系统的特权任务等与用户模式类似，但具有可以直接切换到其它模式等特权 快中断 (fiq)支持高速数据传输及通道处理FIQ异常响应时进入此模式 中断 (irq)用于通用中断处理IRQ异常响应时进入此模式 管理 (svc)操作系统保护代码系统复位和软件中断响应时进入此模式 中止 (abt)用于支持虚拟内存和/或存储器保护在ARM7TDMI没有大用处 未定义 (und)支持硬件协处理器的软件仿真未定义指令异常响应时进入此模式 未定义 (und)中止 (abt)管理 (svc)中断 (irq)快中断 (fiq)这五种模式称为异常模式。它们除了可以通过程序切换进入外，也可以由特定的异常进入。当特定的异常出现时，处理器进入相应的模式。每种异常模式都有一些独立的寄存器，以避免异常退出时用户模式的状态不可靠。路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂3.6 处理器模式用户和系统模式处理器模式说明备注 用户 (usr)正常程序工作模式不能直接切换到其它模式 系统 (sys)用于支持操作系统的特权任务等与用户模式类似，但具有可以直接切换到其它模式等特权 快中断 (fiq)支持高速数据传输及通道处理FIQ异常响应时进入此模式 中断 (irq)用于通用中断处理IRQ异常响应时进入此模式 管理 (svc)操作系统保护代码系统复位和软件中断响应时进入此模式 中止 (abt)用于支持虚拟内存和/或存储器保护在ARM7TDMI没有大用处 未定义 (und)支持硬件协处理器的软件仿真未定义指令异常响应时进入此模式 这两种模式都不能由异常进入，而且它们使用完全相同的寄存器组。系统模式是特权模式，不受用户模式的限制。操作系统在该模式下访问用户模式的寄存器就比较方便，而且操作系统的一些特权任务可以使用这个模式访问一些受控的资源。系统 (sys)用户 (usr)路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂模式切换示例USERMODE EQU0 x10FIQMODE EQU 0 x11IRQMODE EQU 0 x12SVCMODE EQU 0 x13ABORTMODE EQU0 x17UNDEFMODE EQU0 x1bMODEMASK EQU0 x1fNOINT EQU 0 xc0 mrs r0,cpsr bic r0,r0,#MODEMASK orr r1,r0,#UNDEFMODE|NOINT msr cpsr_cxsf,r1;UndefMode ldr sp,=UndefStack orr r1,r0,#ABORTMODE|NOINT msr cpsr_cxsf,r1 ;AbortMode ldr sp,=AbortStack路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂第3章 目录q1.简介q2.ARM7TDMIq3.ARM7TDMI的模块和内部框图q4.体系结构直接支持的数据类型q5.处理器状态q6.处理器模式q7.内部寄存器q8.程序状态寄存器q9.异常q10.中断延迟q11.复位q12.存储器及存储器映射I/Oq13.寻址方式简介q14.ARM7指令简介q15.协处理器接口q16.调试接口简介q17.ETM接口简介路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂3.7 内部寄存器简介 在ARM7TDMI处理器内部有37个用户可见的寄存器。在不同的工作模式和处理器状态下，程序员可以访问的寄存器也不尽相同。路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂寄存器类别寄存器在汇编中的名称各模式下实际访问的寄存器用户系统管理中止未定义中断快中断通用寄存器和程序计数器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15状态寄存器CPSRCPSRSPSR无SPSR_abt SPSR_abt SPSR_und SPSR_irq SPSR_fiqARM状态各模式下的寄存器路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂寄存器类别寄存器在汇编中的名称各模式下实际访问的寄存器用户系统管理中止未定义中断快中断通用寄存器和程序计数器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15状态寄存器CPSRCPSRSPSR无SPSR_abt SPSR_abt SPSR_und SPSR_irq SPSR_fiqARM状态各模式下的寄存器SPSR_fiqSPSR_irqSPSR_undSPSR_abtSPSR_abtCPSRR15R14_fiqR14_irqR14_undR14_abtR14_svcR14R13_fiqR13_irqR13_undR13_abtR13_svcR13R12_fiqR12R11_fiqR11R10_fiqR10R9_fiqR9R8_fiqR8R7R6R5R4R3R2R1R0所有的37个寄存器，分成两大类：31个通用32位寄存器；6个状态寄存器。路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂寄存器类别寄存器在汇编中的名称各模式下实际访问的寄存器用户系统管理中止未定义中断快中断通用寄存器和程序计数器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15状态寄存器CPSRCPSRSPSR无SPSR_abt SPSR_abt SPSR_und SPSR_irq SPSR_fiq无CPSRR15R14R13R12R11R10R9R8R7R6R5R4R3R2R1R0用户用户无CPSRR15R14R13R12R11R10R9R8R7R6R5R4R3R2R1R0系统系统SPSR_abtCPSRR15R14_svcR13_svcR12R11R10R9R8R7R6R5R4R3R2R1R0管理管理SPSR_abtCPSRR15R14_abtR13_abtR12R11R10R9R8R7R6R5R4R3R2R1R0中止中止SPSR_undCPSRR15R14_undR13_undR12R11R10R9R8R7R6R5R4R3R2R1R0未定义未定义SPSR_irqCPSRR15R14_irqR13_irqR12R11R10R9R8R7R6R5R4R3R2R1R0中断中断SPSR_fiqCPSRR15R14_fiqR13_fiqR12_fiqR11_fiqR10_fiqR9_fiqR8_fiqR7R6R5R4R3R2R1R0快中断快中断ARM状态各模式下可以访问的寄存器路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂寄存器类别寄存器在汇编中的名称各模式下实际访问的寄存器用户系统管理中止未定义中断快中断通用寄存器和程序计数器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15状态寄存器CPSRCPSRSPSR无SPSR_svc SPSR_abt SPSR_und SPSR_irq SPSR_fiq一般的通用寄存器R13_fiqR13_irqR13_undR13_abtR13_svcR13R12_fiqR12R11_fiqR11R10_fiqR10R9_fiqR9R8_fiqR8R7R6R5R4R3R2R1R0 在汇编语言中寄存器R0R13为保存数据或地址值的通用寄存器。它们是完全通用的寄存器，不会被体系结构作为特殊用途，并且可用于任何使用通用寄存器的指令。路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂寄存器类别寄存器在汇编中的名称各模式下实际访问的寄存器用户系统管理中止未定义中断快中断通用寄存器和程序计数器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15状态寄存器CPSRCPSRSPSR无SPSR_abt SPSR_abt SPSR_und SPSR_irq SPSR_fiq一般的通用寄存器R13_fiqR13_irqR13_undR13_abtR13_svcR13R12_fiqR12R11_fiqR11R10_fiqR10R9_fiqR9R8_fiqR8R7R6R5R4R3R2R1R0R7R6R5R4R3R2R1R0 其中R0R7为未分组的寄存器，也就是说对于任何处理器模式，这些寄存器都对应于相同的32位物理寄存器。路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂寄存器类别寄存器在汇编中的名称各模式下实际访问的寄存器用户系统管理中止未定义中断快中断通用寄存器和程序计数器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15状态寄存器CPSRCPSRSPSR无SPSR_abt SPSR_abt SPSR_und SPSR_irq SPSR_fiq一般的通用寄存器R14_fiqR14_irqR14_undR14_abtR14_svcR14R13_fiqR13_irqR13_undR13_abtR13_svcR13R12_fiqR12R11_fiqR11R10_fiqR10R9_fiqR9R8_fiqR8 寄存器R8R14为分组寄存器。它们所对应的物理寄存器取决于当前的处理器模式，几乎所有允许使用通用寄存器的指令都允许使用分组寄存器路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂寄存器类别寄存器在汇编中的名称各模式下实际访问的寄存器用户系统管理中止未定义中断快中断通用寄存器和程序计数器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15状态寄存器CPSRCPSRSPSR无SPSR_abt SPSR_abt SPSR_und SPSR_irq SPSR_fiq一般的通用寄存器R12_fiqR12R11_fiqR11R10_fiqR10R9_fiqR9R8_fiqR8 寄存器R8R12有两个分组的物理寄存器。一个用于除FIQ模式之外的所有寄存器模式，另一个用于FIQ模式。这样在发生FIQ中断后，可以加速FIQ的处理速度。路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂寄存器类别寄存器在汇编中的名称各模式下实际访问的寄存器用户系统管理中止未定义中断快中断通用寄存器和程序计数器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15状态寄存器CPSRCPSRSPSR无SPSR_abt SPSR_abt SPSR_und SPSR_irq SPSR_fiq一般的通用寄存器 寄存器R13、R14分别有6个分组的物理寄存器。一个用于用户和系统模式，其余5个分别用于5种异常模式。R14_fiqR14_irqR14_undR14_abtR14_svcR14R13_fiqR13_irqR13_undR13_abtR13_svcR13路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂寄存器类别寄存器在汇编中的名称各模式下实际访问的寄存器用户系统管理中止未定义中断快中断通用寄存器和程序计数器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15状态寄存器CPSRCPSRSPSR无SPSR_abt SPSR_abt SPSR_und SPSR_irq SPSR_fiq堆栈指针寄存器R13（SP）寄存器R13常作为堆栈指针（SP）。在ARM指令集当中，没有以特殊方式使用R13的指令或其它功能，只是习惯上都这样使用。但是在Thumb指令集中存在使用R13的指令。路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂寄存器类别寄存器在汇编中的名称各模式下实际访问的寄存器用户系统管理中止未定义中断快中断通用寄存器和程序计数器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15状态寄存器CPSRCPSRSPSR无SPSR_abt SPSR_abt SPSR_und SPSR_irq SPSR_fiq链接寄存器R14（LR）R14为链接寄存器（LR），在结构上有两个特殊功能：在每种模式下，模式自身的R14版本用于保存子程序返回地址；当发生异常时，将R14对应的异常模式版本设置为异常返回地址（有些异常有一个小的固定偏移量）。路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂Lable程序A程序BR143.7 内部寄存器R14寄存器与子程序调用BL Lable地址A?MOV PC,LRR14(地址A)Lable?1.程序A执行过程中调用程序B；操作流程2.程序跳转至标号Lable，执行程序B。同时硬件将“BL Lable”指令的下一条指令所在地址存入R14；3.程序B执行最后，将R14寄存器的内容放入PC，返回程序A；路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂3.7 内部寄存器R14寄存器与异常发生 异常发生时，程序要跳转至异常服务程序，对返回地址的处理与子程序调用类似，都是由硬件完成的。区别在于有些异常有一个小常量的偏移。路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂3.7 内部寄存器R14寄存器注意要点 当发生异常嵌套时，这些异常之间可能会发生冲突。例如：如果用户在用户模式下执行程序时发生了IRQ中断，用户模式寄存器不会被破坏。但是如果允许在IRQ模式下的中断处理程序重新使能IRQ中断，并且发生了嵌套的IRQ中断时，外部中断处理程序保存在R14_irq中的任何值都将被嵌套中断的返回地址所覆盖。路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂3.7 内部寄存器R14寄存器注意要点R14R14_irq用户模式下的程序IRQ模式下的程序AareturnB.XA地址A地址A1.执行用户模式下的程序；2.发生IRQ中断，硬件将某个地址存入IRQ模式下的R14_irq寄存器，用户模式下的R14没有被破坏；3.IRQ服务程序A执行完毕，将R14_irq寄存器的内容减去某个常量后存入PC，返回之前被中断的程序；未被破坏路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂3.7 内部寄存器R14寄存器注意要点R14R14_irq用户模式下的程序IRQ模式下的程序AaB.XA地址A地址A1.执行用户模式下的程序；2.发生IRQ中断，硬件将某个地址存入IRQ模式下的R14_irq寄存器，用户模式下的R14没有被破坏；3.IRQ服务程序A执行完毕，将R14_irq寄存器的内容减去某个常量后存入PC，返回之前被中断的程序；未被破坏IRQ模式下的程序BareturnB.XA地址B地址B4.如果在IRQ处理程序中打开IRQ中断，并且再次发生IRQ中断，或者调用子程序；5.硬件将返回地址保存在R14_irq寄存器中，原来保存的返回地址将被覆盖，造成错误；被破坏6.在程序B返回到程序A，然后在返回到用户模式下被中断的程序时，发生错误，将不能正确返回；returnreturn 解决办法是确保R14的对应版本在发生中断嵌套时不再保存任何有意义的值（将R14入栈），或者切换到其它处理器模式下。路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂寄存器类别寄存器在汇编中的名称各模式下实际访问的寄存器用户系统管理中止未定义中断快中断通用寄存器和程序计数器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15状态寄存器CPSRCPSRSPSR无SPSR_abt SPSR_abt SPSR_und SPSR_irq SPSR_fiq程序计数器R15（PC）寄存器R15为程序计数器（PC），它指向正在取指的地址。可以认为它是一个通用寄存器，但是对于它的使用有许多与指令相关的限制或特殊情况。如果R15使用的方式超出了这些限制，那么结果将是不可预测的。路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂3.7 内部寄存器读R15的限制 正常操作时，从R15读取的值是处理器正在取指的地址，即当前正在执行指令的地址加上8个字节（两条ARM指令的长度）。由于ARM指令总是以字为单位，所以R15寄存器的最低两位总是为0。LDR R0,PC?PCPC-4PC-8正在执行正在译码正在取指流水线状态地址程序代码路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂3.7 内部寄存器读R15的限制 当使用STR或STM指令保存R15时，会有一个例外。这些指令可能将当前指令地址加8字节或加12字节保存（将来可能还有其它数字）。偏移量是8还是12取决于具体的ARM芯片，但是对于一个确定的芯片，这个值是一个常量。所以最好避免使用STR和STM指令来保存R15，如果很难做到，那么应当在程序中计算出该芯片的偏移量。路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂3.7 内部寄存器读R15的限制计算偏移量程序代码：SUBR1,PC,#4;R1=下面STR指令的地址STRPC,R0;保存STR指令地址+偏移量LDRR0,R0;然后重装SUBR0,R0,R1;计算偏移量路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂3.7 内部寄存器写R15的限制 正常操作时，写入R15 的值被当作一个指令地址，程序从这个地址处继续执行（相当于执行一次无条件跳转）。路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂3.7 内部寄存器写R15的限制 由于ARM指令以字节为边界，因此写入R15的值最低两位通常为0b00。具体的规则取决于内核结构的版本：在ARM结构V3版及以下版本中，写入R15的值的最低两位被忽略，因此跳转地址由指令的实际目标地址（写入R15的值）和0 xFFFFFFFC相与得到；在ARM结构V4版及以上版本中，写入R15的值的最低两位为0，如果不是，结果将不可预测。路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂寄存器类别寄存器在汇编中的名称各模式下实际访问的寄存器用户系统管理中止未定义中断快中断通用寄存器和程序计数器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15状态寄存器CPSRCPSRSPSR无SPSR_abt SPSR_abt SPSR_und SPSR_irq SPSR_fiq程序状态寄存器CPSR 寄存器CPSR为程序状态寄存器，在异常模式中，另外一个寄存器“程序状态保存寄存器（SPSR）”可以被访问。每种异常都有自己的SPSR，在因为异常事件而进入异常时它保存CPSR的当前值，异常退出时可通过它恢复CPSR。详细描述参看3.8小节。路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂3.7 内部寄存器Thumb状态寄存器 Thumb状态寄存器集是ARM状态集的子集，程序员可以直接访问的寄存器为：8个通用寄存器R0R7；程序计数器（PC）；堆栈指针（SP）；链接寄存器（LR）；有条件访问程序状态寄存器（CPSR）。路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂Thumb状态各模式下的寄存器CPSRCPSR状态寄存器R15PCR14_fiqR14_irqR14_undR14_abtR14_svcR14LRR13_fiqR13_irqR13_undR13_abtR13_svcR13SPR7R7(v4,wr)R6R6(v3)R5R5(v2)R4R4(v1)R3R3(a4)R2R2(a3)R1R1(a2)R0R0(a1)通用寄存器和程序计数器快中断中断未定义中止管理系统用户各模式下实际访问的寄存器寄存器在汇编中的名称寄存器类别注意：括号内为ATPCS中寄存器的命名，可以使用RN汇编伪指令将寄存器定义多个名字。其中ADS1.2的汇编程序直接支持这些名称，但注意a1a4，v1v4必须用小写。路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂Thumb状态下的通用寄存器CPSRCPSR状态寄存器R15PCR14_fiqR14_irqR14_undR14_abtR14_svcR14LRR13_fiqR13_irqR13_undR13_abtR13_svcR13SPR7R7(v4,wr)R6R6(v3)R5R5(v2)R4R4(v1)R3R3(a4)R2R2(a3)R1R1(a2)R0R0(a1)通用寄存器和程序计数器快中断中断未定义中止管理系统用户各模式下实际访问的寄存器寄存器在汇编中的名称寄存器类别R7R6R5R4R3R2R1R0 在汇编语言中寄存器R0R7为保存数据或地址值的通用寄存器。对于任何处理器模式，它们中的每一个都对应于相同的32为物理寄存器。它们是完全通用的寄存器，不会被体系结构作为特殊的用途，并且可用于任何使用通用寄存器的指令。路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂Thumb状态下的堆栈指针寄存器（SP）CPSRCPSR状态寄存器R15PCR14_fiqR14_irqR14_undR14_abtR14_svcR14LRR13_fiqR13_irqR13_undR13_abtR13_svcR13SPR7R7(v4,wr)R6R6(v3)R5R5(v2)R4R4(v1)R3R3(a4)R2R2(a3)R1R1(a2)R0R0(a1)通用寄存器和程序计数器快中断中断未定义中止管理系统用户各模式下实际访问的寄存器寄存器在汇编中的名称寄存器类别 堆栈指针SP对应ARM状态的寄存器R13。每个异常模式都有其自身的SP分组版本，SP通常指向各异常模式所专用的堆栈。注意：在发生异常时，处理器自动进入ARM状态。R13_fiqR13_irqR13_undR13_abtR13_svcR13路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂Thumb状态下的链接寄存器R14（LR）CPSRCPSR状态寄存器R15PCR14_fiqR14_irqR14_undR14_abtR14_svcR14LRR13_fiqR13_irqR13_undR13_abtR13_svcR13SPR7R7(v4,wr)R6R6(v3)R5R5(v2)R4R4(v1)R3R3(a4)R2R2(a3)R1R1(a2)R0R0(a1)通用寄存器和程序计数器快中断中断未定义中止管理系统用户各模式下实际访问的寄存器寄存器在汇编中的名称寄存器类别 链接寄存器LR对应ARM状态寄存器R14，在结构上有两个特殊功能，详见“ARM状态下的链接寄存器LR”。注意：在发生异常时，处理器自动进入ARM状态。R14_fiqR14_irqR14_undR14_abtR14_svcR14路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂3.7 内部寄存器ARM状态和Thumb状态之间寄存器的关系 Thumb状态寄存器与ARM状态寄存器有如下的关系：Thumb状态R0R7与ARM状态R0R7相同；Thumb状态CPSR和SPSR与ARM状态CPSR和SPSR相同；Thumb状态SP映射到ARM状态R13；Thumb状态LR映射到ARM状态R14；Thumb状态PC映射到ARM状态PC（R15）。路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂Thumb状态寄存器在Arm状态寄存器上的映射R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 R11 R12 R0 堆栈指针(R13)连接寄存器(R14)程序计数器(R15)低寄存器高寄存器路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂3.7 内部寄存器在Thumb状态中访问高寄存器 在Thumb状态中，高寄存器（R8R15）不是标准寄存器集的一部分。汇编语言程序员对它们的访问受到限制，但可以将它们用于快速暂存。可以使用MOV、CMP和ADD指令对高寄存器操作，详见第4章。路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂第3章 目录q1.简介q2.ARM7TDMIq3.ARM7TDMI的模块和内部框图q4.体系结构直接支持的数据类型q5.处理器状态q6.处理器模式q7.内部寄存器q8.程序状态寄存器q9.异常q10.中断延迟q11.复位q12.存储器及存储器映射I/Oq13.寻址方式简介q14.ARM7指令简介q15.协处理器接口q16.调试接口简介q17.ETM接口简介路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂3.8 程序状态寄存器简介 ARM7TDMI内核包含1个CPSR和5个供异常处理程序使用的SPSR。CPSR反映了当前处理器的状态，其包含：4个条件代码标志（负(N)、零(Z)、进位(C)和溢出(V)）；2个中断禁止位，分别控制一种类型的中断；5个对当前处理器模式进行编码的位；1个用于指示当前执行指令(ARM还是Thumb)的位。路漫漫其悠远路漫漫其悠远锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而不舍，金石可镂锲而