ARM处理器的工作状态与模式详解

"本文详细介绍了ARM处理器的两种工作状态（ARM状态和Thumb状态）和七种工作模式（用户模式、快速中断模式、外部中断模式、管理模式、数据访问终止模式、系统模式、未定义指令中止模式），以及ARM体系结构的存储器格式和指令长度，并提到了工作模式的切换方法和寄存器的使用。" ARM处理器是广泛应用在嵌入式领域的微处理器，其核心特性之一就是支持两种工作状态和多种工作模式。这两种工作状态分别是： 1. **ARM状态**：在这个状态下，处理器执行的是32位的字对齐的ARM指令，这是ARM处理器的标准工作状态，能提供更高的处理能力。 2. **Thumb状态**：在这种状态下，处理器执行16位的、半字对齐的Thumb指令，以节省代码空间，适合资源有限的场合。 存储器在ARM架构中以字对齐的方式组织，最大支持4GB的寻址空间。数据可以是字节、半字或字，其中字需要4字节对齐，半字需要2字节对齐。ARM指令长度固定为32位，而在Thumb状态下的指令长度可以是16位。 ARM体系结构的CPU有七种工作模式，这些模式主要用于不同类型的处理任务： 1. **用户模式(Usr)**：这是常规程序执行的模式，大部分应用程序运行在此模式下。 2. **快速中断模式(FIQ)**：用于高速数据传输和高效响应。 3. **外部中断模式(IRQ)**：处理常规中断事件。 4. **管理模式(svc)**：操作系统用于保护和管理系统的模式。 5. **数据访问终止模式(abt)**：在虚拟存储或存储保护出错时进入。 6. **系统模式(sys)**：运行具有特权的系统任务，类似用户模式但有更多的权限。 7. **未定义指令中止模式(und)**：执行未定义指令时进入，常用于硬件扩展支持。 工作模式的切换有两种方式： - **被动切换**：由异常或中断自动触发，如外部中断或数据访问错误。 - **主动切换**：通过软件控制，通过修改特定寄存器实现模式切换。 在用户模式下，某些系统资源受到保护，无法直接访问。其他六种模式称为特权模式，其中系统模式之外的五种又被称为异常模式。进入特权模式通常是为了解决中断、异常，或者访问受保护的系统资源。 ARM处理器的寄存器配置是其灵活性的关键部分，它们在不同的工作模式下有不同的用途和可见性。这些寄存器包括通用寄存器、程序计数器、状态寄存器等，它们共同构成了ARM处理器的指令执行基础。理解这些工作状态和模式对于编写高效且安全的ARM平台代码至关重要。