ARM处理器状态与Thumb模式详解

"ARM状态-嵌入式ARM体系结构" 在嵌入式系统中，ARM架构是一种广泛应用的处理器架构，以其高效能、低功耗的特性闻名。ARM状态指的是处理器运行的不同模式，其中最常见的是ARM状态和Thumb状态。 ARM状态是ARM处理器的默认工作模式，支持完整的32位指令集。在这种状态下，所有32个通用寄存器（R0-R15）都可以自由访问，包括堆栈指针（R13）、连接寄存器（R14）和程序计数器（R15），后两者分别用作临时存储和子程序调用返回地址。此外，还有两个程序状态寄存器，即当前程序状态寄存器（CPSR）和备用程序状态寄存器（SPSR），它们存储了处理器的各种标志和控制位。 Thumb状态则是ARM处理器的一种节能模式，使用16位指令集，降低了代码密度但牺牲了部分指令的功能。在Thumb状态中，高端寄存器（R8-R15）的访问受到限制，通常只允许MOV、CMP和ADD指令进行操作，主要用于快速暂存数据。Thumb状态下的R0-R7与ARM状态下的R0-R7是相同的，而CPSR则与ARM状态的CPSR相同。堆栈指针（SP）映射为R13，连接寄存器（LR）映射为R14，程序计数器（PC）映射为R15。值得注意的是，Thumb状态没有独立的SPSR，而是共用CPSR。 ARM7TDMI是ARM公司的一个经典处理器核心，广泛应用于嵌入式系统。它采用了RISC设计原则，拥有大量通用寄存器、简单的指令集、高效的寻址模式和条件执行指令。ARM7TDMI的结构还包括了ALU和移位器，使得处理器能同时执行算术逻辑运算和移位操作。此外，其装载/保存结构支持高效的数据传输，而地址自增和自减寻址方式优化了循环处理。 ARM处理器有多种工作模式，例如用户模式、系统模式、中断模式、快中断模式等，这些模式通过改变CPSR或SPSR中的特定位来切换。每个模式都有自己的堆栈指针和中断处理机制，确保了系统的稳定性和可靠性。 ARM的存储系统通常是层次结构的，包括高速缓存、内存管理和存储保护机制，以适应不同嵌入式应用场景的需求。异常和中断是处理器响应系统事件的方式，它们通过中断向量表来调度处理流程，确保系统能够及时响应并恢复正常的执行。 ARM公司通过授权其技术给其他芯片制造商，如Samsung、NVIDIA、Qualcomm等，形成了多样化的ARM芯片市场。随着技术的发展，ARM推出了Cortex系列，分为A系列（应用处理器）、R系列（实时处理器）和M系列（微控制器），进一步细化了产品线，以满足从高性能计算到低功耗物联网应用的广泛需求。