ARM体系结构深入：实现状态寄存器专用指令作业

资源摘要信息:"嵌入式学习LV9-ARM体系结构与接口技术- D9. 专用指令作业" 知识点一：ARM体系结构概述 ARM（Advanced RISC Machines）是一种基于精简指令集（RISC）的处理器架构，广泛应用于嵌入式系统领域。ARM处理器以其高性能、低功耗和易用性而闻名，支持多种运行模式，如用户模式（User）、系统模式（System）、管理模式（Supervisor）、中断模式（IRQ）、快速中断模式（FIQ）等，每种模式都有其特定的寄存器和用途。 知识点二：ARM处理器的运行模式 ARM处理器的运行模式是通过处理器状态寄存器中的状态位来控制的，包括： - User模式：普通应用程序运行的模式，该模式下不能直接执行一些特殊功能的指令。 - FIQ模式：用于处理快速中断请求，拥有自己的一组寄存器，以便中断处理时能快速保存和恢复状态。 - IRQ模式：用于处理一般的中断请求。 - System模式：通常用于操作系统内核。 - Supervisor模式：用于启动时的处理器状态，具有比User模式更高的权限。 - Abort模式：用于虚拟内存管理中的存储器访问故障。 - Undefined模式：用于未定义指令的异常处理。 - 关机模式：最低功耗模式，几乎关闭了处理器所有的功能。 知识点三：状态寄存器传送指令 在ARM体系结构中，状态寄存器（CPSR）用于表示处理器的当前状态。状态寄存器传送指令（如MRS、MSR）用于在寄存器和状态寄存器之间传送数据。MRS指令用于将状态寄存器的内容移动到通用寄存器中，MSR指令用于将通用寄存器的内容移动到状态寄存器中。 知识点四：修改ARM处理器模式 要将ARM处理器的模式修改成User模式，需要修改状态寄存器（CPSR）中的模式字段。通常使用MSR指令来修改CPSR的值，可以通过直接指定立即数或者从寄存器中传值来实现。例如，要将处理器设置为User模式（0x10），可以使用MSR指令将0x10传送到CPSR的模式字段。 知识点五：使能FIQ与IRQ 为了使能FIQ和IRQ中断，需要设置CPSR寄存器中的相应位。在ARM体系结构中，CPSR寄存器的第6位和第7位分别控制FIQ和IRQ的使能。将这两个位设置为1即可使能相应的中断。同样，可以通过MSR指令来设置这些位，如使用MSR指令将CPSR的第6和第7位同时置为1。 知识点六：编程实现 编程实现将ARM处理器的模式修改成User模式并将FIQ与IRQ使能，可以使用汇编语言。例如，使用以下伪代码： ``` MRS r0, CPSR ; 将当前CPSR的值读入r0寄存器 BIC r0, r0, #0x80 ; 清除r0中第7位，即使能IRQ BIC r0, r0, #0x40 ; 清除r0中第6位，即使能FIQ ORR r0, r0, #0x10 ; 设置r0中第4位，即切换到User模式 MSR CPSR_c, r0 ; 更新CPSR的值，应用修改 ``` 以上伪代码首先将CPSR的当前值读入到寄存器r0中，然后使用位清除指令（BIC）来清除控制IRQ和FIQ的位，最后使用位或指令（ORR）来设置User模式位，并通过MSR指令将修改后的值写回CPSR。 知识点七：ARM汇编语言基础 ARM汇编语言使用一组精简的指令集来直接控制硬件。每条ARM指令通常对应一条机器码，执行速度快，效率高。在编写ARM汇编程序时，需要熟悉ARM指令集，包括数据处理指令、分支指令、加载/存储指令、状态寄存器操作指令等。开发者需要对这些指令有一个清晰的认识，以便在编程时正确使用。 知识点八：ARM开发环境和工具链 为了实现上述编程任务，需要配置相应的ARM开发环境和工具链，如ARM Keil MDK、GNU工具链（包括arm-none-eabi-gcc、arm-none-eabi-as、arm-none-eabi-ld等工具）。这些工具提供了编译、链接和调试ARM汇编程序的能力，使得开发者可以在目标硬件上运行和测试他们的程序。开发者还可能需要使用仿真器或真实的ARM硬件板来测试和验证代码。