这篇内容主要介绍了嵌入式学习中的程序状态寄存器,特别是针对ARM处理器的工作模式和寄存器组织结构。程序状态寄存器(CPSR)是ARM架构中的一个重要组成部分,它包含了条件标志、中断使能标志以及当前处理器的工作模式等多种状态和控制信息。在所有模式下,CPSR都可以被读写,这对于理解和控制处理器的行为至关重要。
ARM处理器支持七种不同的工作模式,分别是:
1. 用户模式(usr):这是正常程序执行的模式,不允许访问受保护的系统资源。
2. 快速中断模式(fiq):用于高速数据传输,具有较高的中断优先级。
3. 中断模式(irq):用于处理通用中断,中断优先级低于FIQ。
4. 管理员模式(suv):操作系统保护模式,可访问所有资源。
5. 中止模式(abt):在数据或指令预取终止时进入。
6. 系统模式(sys):类似于用户模式,但没有访问限制,常用于运行特权任务。
7. 未定义模式(und):执行未定义指令时进入。
在这些模式中,FIQ可以中断IRQ,但IRQ不能中断FIQ。FIQ模式还拥有几个独立的寄存器,并且中断处理的入口地址和IRQ不同,这使得它能够更快地响应。中断和快速中断的响应延迟也是设计考虑的因素。
ARM处理器有37个寄存器,包括31个通用寄存器(R0-R14)和6个状态寄存器。通用寄存器在不同模式下可能映射到不同的物理寄存器,如R8-R14。R13通常用作栈指针,R14则用于保存子程序调用或异常返回的地址。在 Thumb 状态下,也有类似的寄存器结构,但CPSR的状态和控制标志会有所不同。
CPSR的模式控制位(M0-M4)用于标识当前的工作模式,例如:
- 10000:用户模式(usr)
- 10001:快速中断模式(fiq)
- 10010:中断模式(irq)
- 10011:管理员模式(suv)
- 10111:中止模式(abt)
- 11011:未定义模式(und)
此外,CPSR中的N、Z、C、V等标志位用于记录算术运算的结果,如N表示结果的符号位,Z表示零标志,C表示进位标志,V表示溢出标志,这些都是条件执行指令时的重要依据。
理解这些工作模式和寄存器的作用对于进行嵌入式编程和系统级调试非常关键,因为它们直接影响着程序的执行流程和异常处理机制。