ARM处理器模式下的寄存器详解

"本文主要介绍了ARM处理器的体系结构和编程相关内容，包括ARM的起源、处理器模式、寄存器、存储系统、异常中断系统以及不同版本的ARM架构和处理器系列的性能特征。" ARM处理器是英国Acorn Computer公司在1980年代末期开发的RISC（精简指令集计算）架构，后来发展成为全球领先的32位嵌入式处理器结构。ARM公司作为知识产权供应商，提供处理器内核，并与其他厂商合作生产各种基于ARM架构的产品，例如Intel的XScale和StrongARM。 在ARM体系结构中，存在7种处理器模式和2种工作模式，分别是用户模式（User）、系统模式（System）、中断模式（IRQ）、快速中断模式（FIQ）、管理模式（Supervisor）、数据访问终止模式（Abort）和未定义指令模式（Undefined）。每种模式都有特定的寄存器映射，其中R8到R14被称为分组寄存器，它们的实体寄存器使用取决于当前的处理器模式。R13通常用作堆栈指针（SP），在不同模式下有独立的实例；而R14则作为子程序链接寄存器（LR），在函数调用和返回中起关键作用。 ARM的存储系统设计支持高速缓存，以提升数据存取速度。对于异常中断系统，每个模式都有特定的处理机制，比如R13和R14的不同实例用于不同类型的中断和异常情况。 ARM架构有多个版本，每个版本对应不同的指令集，如最初的ARMv1到最新的ARMv60。每个版本的更新带来了性能和功能的提升，例如支持更高效的Thumb指令集、内置调试功能（D）、增强型乘法器（M）、嵌入式ICE宏单元（I）等。ARM处理器系列如ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10E和SecurCore，针对不同的应用需求提供了不同的性能指标，例如处理速度、内存管理单元（MMU）支持以及数字信号处理（DSP）能力。 ARM7系列处理器最高可达130 MIPS，不支持MMU；ARM9系列拥有5级整数流水线并支持MMU；ARM9E支持DSP功能，最大性能可以达到300 MIPS；ARM10E系列则进一步提升至400 MIPS，并且同样支持DSP和6级流水线；而SecurCore系列专注于安全性，通常用于软核应用，具有防扫描探测功能。 总结来说，ARM架构以其高效、低功耗和低成本的优势，在嵌入式领域占据主导地位。其丰富的处理器系列满足了从基础到高性能应用的广泛需求，而不断进化的架构版本则确保了持续的技术进步和适应性。