ARM处理器扫盲Word格式.docx

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当操作数寄存器的状态位为0时，执行BX指令时可以使微处理器从Thumb状态切换到ARM状态。

此外，在处理器进行异常处理时，把PC指针放入异常模式链接寄存器中，并从异常向量地址开始执行程序，也可以使处理器切换到ARM状态。

ARM处理器模式

ARM微处理器支持7种运行模式，分别为：

用户模式（usr）：

ARM处理器正常的程序执行状态。

快速中断模式（fiq）：

用于高速数据传输或通道处理。

外部中断模式（irq）：

用于通用的中断处理。

管理模式（svc）：

操作系统使用的保护模式。

数据访问终止模式（abt）：

当数据或指令预取终止时进入该模式，可用于虚拟存储及存储保护。

系统模式（sys）：

运行具有特权的操作系统任务。

定义指令中止模式（und）：

当未定义的指令执行时进入该模式，可用于支持硬件协处理器的软件仿真。

ARM微处理器的运行模式可以通过软件改变，也可以通过外部中断或异常处理改变。

大多数的应用程序运行在用户模式下，当处理器运行在用户模式下时，某些被保护的系统资源是不能被访问的。

除用户模式以外，其余的所有6种模式称之为非用户模式，或特权模式；

其中除去用户模式和系统模式以外的5种又称为异常模式，常用于处理中断或异常，以及需要访问受保护的系统资源等情况。

ARM寄存器

ARM处理器共有37个寄存器。

其中包括：

31个通用寄存器，包括程序计数器（PC）在内。

这些寄存器都是32位寄存器。

以及6个32位状态寄存器。

关于寄存器这里就不详细介绍了，有兴趣的人可以上网找找，很多这方面的资料。

异常处理

当正常的程序执行流程发生暂时的停止时，称之为异常，例如处理一个外部的中断请求。

在处理异常之前，当前处理器的状态必须保留，这样当异常处理完成之后，当前程序可以继续执行。

处理器允许多个异常同时发生，它们将会按固定的优先级进行处理。

当一个异常出现以后，ARM微处理器会执行以下几步操作：

进入异常处理的基本步骤：

将下一条指令的地址存入相应连接寄存器LR，以便程序在处理异常返回时能从正确的位置重新开始执行。

将CPSR复制到相应的SPSR中。

根据异常类型，强制设置CPSR的运行模式位。

强制PC从相关的异常向量地址取下一条指令执行，从而跳转到相应的异常处理程序处。

如果异常发生时，处理器处于Thumb状态，则当异常向量地址加载入PC时，处理器自动切换到ARM状态。

ARM微处理器对异常的响应过程用伪码可以描述为：

R14_=ReturnLink

SPSR_=CPSR

CPSR[4:

0]=ExceptionModeNumber

CPSR[5]=0；

当运行于ARM工作状态时

If==ResetorFIQthen；

当响应FIQ异常时，禁止新的FIQ异常

CPSR[6]=1

PSR[7]=1

PC=ExceptionVectorAddress

异常处理完毕之后，ARM微处理器会执行以下几步操作从异常返回：

将连接寄存器LR的值减去相应的偏移量后送到PC中。

将SPSR复制回CPSR中。

若在进入异常处理时设置了中断禁止位，要在此清除。

................................................................................

BootLoader简介

简单地说，BootLoader就是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序。

通过这段小程序，我们可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境。

BootLoader是严重地依赖于硬件而实现的，特别是在嵌入式世界。

因此，在嵌入式世界里建立一个通用的BootLoader几乎是不可能的。

尽管如此，我们仍然可以对BootLoader归纳出一些通用的概念来，以指导用户特定的BootLoader设计与实现。

基于ARM7TDMIcore的CPU在复位时通常都从地址0x00000000取它的第一条指令。

在系统加电后，CPU将首先执行BootLoader程序。

大多数BootLoader都包含两种不同的操作模式：

“启动加载”模式和“下载”模式：

启动加载（Bootloading）模式：

BootLoader从目标机上的某个固态存储设备上将操作系统加载到RAM中运行，整个过程并没有用户的介入。

下载（Downloading）模式：

BootLoader将通过串口连接或网络连接等通信手段从主机（Host）下载文件，比如：

下载内核映像和根文件系统映像等。

BOOT的一般步骤为：

设置中断向量表

初始化存储设备

初始化堆栈

初始化用户执行环境

呼叫主应用程序

ARM要求中断向量表必须放置在从0地址开始，连续8X4字节的空间内。

每当一个中断发生以后，ARM处理器便强制把PC指针置为向量表中对应中断类型的地址值。

因为每个中断只占据向量表中1个字的存储空间，只能放置一条ARM指令，使程序跳转到存储器的其他地方，再执行中断处理。

中断向量表的程序实现通常如下表示：

AREABoot,CODE,READONLY

ENTRY

B?

?

ResetHandler

UndefHandler

SWIHandler

PreAbortHandler

DataAbortHandler

B

?

IRQHandler

FIQHandler

其中关键字ENTRY是指定编译器保留这段代码，因为编译器可能会认为这是一段亢余代码而加以优化。

链接的时候要确保这段代码被链接在0地址处，并且作为整个程序的入口。

存储器端口的接口时序优化是非常重要的，这会影响到整个系统的性能。

因为一般系统运行的速度瓶颈都存在于存储器访问，所以存储器访问时序应尽可能的快；

而同时又要考虑到由此带来的稳定性问题。

在不同的板子上处理芯片、存储设备以及其接口差异很大，应根据不同的情况来配置。

因为ARM有7种执行状态，每一种状态的堆栈指针寄存器（SP）都是独立的。

因此，对程序中需要用到的每一种模式都要给SP定义一个堆栈地址。

方法是改变状态寄存器内的状态位，使处理器切换到不同的状态，然后给SP赋值。

注意：

不要切换到User模式进行User模式的堆栈设置，因为进入User模式后就不能再操作CPSR回到别的模式了，可能会对接下去的程序执行造成影响。

这是一段堆栈初始化的代码示例：

mrsr0,cpsr；

读取cpsr寄存器的值

bicr0,r0,#MODEMASK；

把模式位清零

orrr1,r0,#UNDEFMODE|NOINT

msrcpsr_cxsf,r1;

UndefMode

ldrsp,=UndefStack

其他模式的堆栈的初始化也类似。

堆栈地址的定义一般如下：

^（_ISR_STARTADDRESS-0x1400）

UserStack#1024;

#=field,定义一个数据域，长度为1024

SVCStack#1024

UndefStack#1024

AbortStack#1024

IRQStack#1024

FIQStack#0

一个ARM映像文件由RO，RW和ZI三个段组成，其中RO为代码段，RW是已初始化的全局变量，ZI是未初始化的全局变量。

映像一开始总是存储在ROM／Flash里面的，其RO部分即可以在ROM／Flash里面执行，也可以转移到速度更快的RAM中执行；

而RW和ZI这两部分是必须转移到可写的RAM里去。

所谓应用程序执行环境的初始化，就是完成必要的从ROM到RAM的数据传输和内容清零。

编译器使用下列符号来记录各段的起始和结束地址：

|Image$$RO$$Base|：

RO段起始地址

|Image$$RO$$Limit|：

RO段结束地址加1

|Image$$RW$$Base|：

RW段起始地址

|Image$$RW$$Limit|：

ZI段结束地址加1

|Image$$ZI$$Base|：

ZI段起始地址

|Image$$ZI$$Limit|：

这些标号的值是根据链接器中设置的中ro-base和rw-base的设置来计算的。

初始化用户执行环境主要是把RO、RW、ZI三段拷贝到指定的位置。

调用主应用程序

当所有的系统初始化工作完成之后，就需要把程序流程转入主应用程序。

最简单的一种情况是：

IMPORTmain

main