ARM处理器工作模式实验报告文档格式.docx

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二、实验设备

硬件：

PC机。

软件：

EmbestIDEPr02004集成开发环境，Windows98/2000/NT/XP。

三、实验内容

通过ARM汇编指令，在各种处理器模式下切换并观察各种模式下寄存器的区别。

掌握ARM不同模式的进入与退出。

四、实验原理

1．ARM处理器模式

ARM体系结构支持表3-2所列的7种处理器模式。

在软件控制下可以改变模式，外部中断或异常处理也可以引起模式发生改变。

大多数应用程序在用户模式下执行。

当处理器工作在用户模式时，正在执行的程序不能访问某些被保护的系统资源，也不能改变模式，除非异常发生。

这允许适当编写操作系统来控制系统资源的使用。

图2-1

除用户模式外的其他模式称为“特权模式”，它们可以自由地访问系统资源和改变模式。

其中的5种称为“异常模式”，即FIQ（FastInterruptRequest）、IRQ（lnterruptRequest）、管理（Supervisor）、中止（Abort）和未定义（Undefined）。

当特定的异常出现时，进入相应的模式。

每种模式都有某些附加的寄存器，以避免异常出现时用户模式的状态不可靠。

剩下的模式是“系统模式”。

仅ARM体系结构V4以及以上的版本有该模式。

不能由于任何异常而进入该模式。

它与用户模式有完全相同的寄存器，但它是特权模式，不受用户模式的限制。

它供需要访问系统资源的操作系统任务使用，但希望避免使用与异常模式有关的附加寄存器。

避免使用附加寄存器保证了当任何异常出现时，都不会使任务的状态不可靠。

2．程序状态寄存器

3.2节提到的程序状态寄存器CPSR和SPSR包含了条件码标志、中断禁止位、当前处理器模式以及其他状态和控制信息。

每种异常模式都有一个程序状态保存寄存器SPSR。

当异常出现时，SPSR用于保留CPSR的状态。

3．本实验涉及到的Id命令行参数

-Ttextorg

使用org作为输出文件的text段的起始地址。

org必须是十六进制数。

实验操作步骤

（1）参考3.1节实验A的步骤

（1）建立一个新的工程，命名为ARMMode。

（2）参考3.1节实验A的步骤

（2）和实验参考程序编辑输入源代码。

编辑完毕后，保存文件为ARMMode.s。

（3）选择菜单项Project-AddToProject-Files，或在工程管理窗口右击选择快搪菜单命令，打开文件选择对话框，在工程目录下选择刚才建立的源文件ARMMode.s。

（4）参考3.1节实验A的步骤（4）进行相应设置。

注意：

在链接器设置选项卡的LinkOptions框内，手动加上“-TtextOx0”，即指定代码段起始地址为Ox0，如图3-8所示。

（5）参考3.1节实验A的步骤（5）生成目标代码。

（6）在调试设置选项卡中的Downloadaddress文本框内，输入的下载地址应该与链接器设置中指定的代码段起始地址相同，以保证程序能够正常执行，如图3-9所示。

（7）选择菜单项Debug—RemoteConnect连接软件仿真器，执行Download命令下载程序，并打开寄存器窗口。

（8）单步执行，观察并记录寄存器RO和CPSR值的变化，以及每次变化后执行寄存器赋值后36个寄存器值的变化情况，尤其注意各个模式下R13和R14的值。

结合实验内容和相关资料，观察程序运行，通过实验加深理解ARM各种状态下寄存器的使用。

理解和掌握试验后，完成实验练习题。

图2-2

五、实验结果

图2-3系统模式

图2-4快中断模式

图2-5管理模式

图2-6中止模式

图2-7普通中断

图2-8未定义模式

实验参考程序

.global_start

.text

_start:

#---Setupinterrupt/exceptionvectors

BReset_Handler

Undefined_Handler:

BUndefined_Handler

BSWI_Handler

Prefetch_Handler:

BPrefetch_Handler

Abort_Handler:

BAbort_Handler

NOP

IRQ_Handler:

BIRQ_Handler

FIQ_Handler:

BFIQ_Handler

SWI_Handler:

MOVpc,lr

Reset_Handler:

#intoSystemmode

MRSr0,CPSR/*读CPSR值*/

BICr0,r0,#0x1f/*清低5位*/

ORRr0,r0,#0x1f/*将模式设为系统模式*/

MSRCPSR,r0/*将r0写入CPSR*/

MOVr0,#1/*在系统模式初始化寄存器*/

MOVr1,#2

MOVr2,#3

MOVr3,#4

MOVr4,#5

MOVr5,#6

MOVr6,#7

MOVr7,#8

MOVr8,#9

MOVr9,#10

MOVr10,#11

MOVr11,#12

MOVr12,#13

MOVr13,#14

MOVr14,#15

#intoFIQmode

MRSr0,CPSR

BICr0,r0,#0x1f

ORRr0,r0,#0x11/*将模式设为快中断模式*/

MSRCPSR,r0

MOVr8,#16/*在快中断模式初始化寄存器*/

MOVr9,#17

MOVr10,#18

MOVr11,#19

MOVr12,#20

MOVr13,#21

MOVr14,#22

#intoSVCmode

ORRr0,r0,#0x13/*将模式设为管理模式*/

MOVr13,#23/*在管理模式初始化寄存器*/

MOVr14,#24

#intoAbortmode

ORRr0,r0,#0x17/*将模式设为中止模式*/

MOVr13,#25/*在中止模式初始化寄存器*/

MOVr14,#26

#intoIRQmode

ORRr0,r0,#0x12/*将模式设为普通中断模式*/

MOVr13,#27/*在普通中断模式初始化寄存器*/

MOVr14,#28

#intoUNDEFmode

ORRr0,r0,#0x1b/*将模式设为未定义模式*/

MOVr13,#29/*在未定义模式初始化寄存器*/

MOVr14,#30

BReset_Handler

.end

总结：

通过此次实验学会了使用MSR/MRS指令实现ARM处理器工作模式的切换，观察不同模式下的寄存器，加深了对CPU结构的理解，同时掌握了ld中如何使用命令行指定代码段起始地址。