ARM嵌入式开发基础：处理器模式与寄存器详解

"这篇资料是关于ARM处理器的基础入门教程，特别适合想要从事嵌入式开发的学习者。" 在嵌入式领域，ARM处理器扮演着核心角色。ARM是一种精简指令集计算机（RISC）架构，广泛应用于各种嵌入式设备、移动设备以及服务器等。本文将介绍ARM处理器的工作模式、寄存器结构以及状态标志，这些都是理解和操作ARM处理器的基础。 首先，ARM处理器有七种不同的工作模式，这些模式决定了处理器在执行不同任务时的行为和权限： 1. 用户模式（User, U）：普通程序运行的模式，无特权访问硬件资源。 2. 系统模式（System, S）：与用户模式类似，但拥有全部的系统访问权限，常用于操作系统内核。 3. 终止模式（Abort, A）：处理存储器异常或外部设备错误时使用。 4. 未定义模式（Undefined, Undef）：执行未定义指令时进入此模式。 5. 快中断模式（Fast Interrupt Request, FIQ）：快速中断响应，通常用于高优先级事件。 6. 慢中断模式（Interrupt Request, IRQ）：常规中断处理模式。 7. 管理模式（Supervisor Call, SVC）：操作系统服务调用，用于处理系统级任务。 8. 安全模式（Monitor, M）：仅在Cortex-A系列处理器中存在，用于实现安全监控功能。 接下来，我们讨论ARM处理器的寄存器。寄存器是处理器内部快速访问数据的地方，对性能至关重要： 1. 通用寄存器（r0-r12）：用于存储数据和计算结果。 2. 栈指针寄存器（r13, sp）：跟踪栈的顶部位置，常用于保存和恢复函数调用的现场。 3. 链接寄存器（r14, lr）：保存子函数调用的返回地址或者异常发生前的PC值。 4. 程序计数器（r15, pc）：始终指向下一条即将执行的指令地址。 状态寄存器CPSR（Current Program Status Register）记录了处理器的状态： - NZCV：表示条件标志位，用于决定指令是否根据特定条件执行。 - N: 如果计算结果为负则置1。 - Z: 如果结果为0则置1。 - C: 加法最高位有进位或减法无借位时置1。 - V: 有符号数溢出时置1。 - IFTmode：控制中断状态。 - T: 表示处理器处于Thumb状态（16位指令集）。 - F: 禁用快速中断（FIQ）。 - I: 禁用普通中断（IRQ）。 - mode: 记录当前工作模式。 此外，还有一个特殊寄存器SPSR（Saved Program Status Register），它在异常发生时保存CPSR的内容，以便在返回正常模式时恢复状态。 总结一下，ARM处理器的特性包括： 1. 所有模式共享r0-r7和PC，以及CPSR的10个位。 2. 除快中断模式外，r8-r12在其他模式下是共用的；而在快中断模式下，它们是私有的。 3. 异常模式特有的寄存器包括栈指针(sp)、链接寄存器(lr)以及spsr，用于保存异常发生时的上下文。 理解这些基本概念是进行ARM嵌入式开发的基石，通过学习和实践，可以进一步掌握如何编写高效的ARM代码，实现各种嵌入式应用。