ARM处理器模式及寄存器

• 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。软中断和复位

数据访问中止模式(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。

未定义指令中止模式(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

• 除用户模式外的其余6种模式都称为特权模式，这些模式下，程序可以访问所有的系统资源，也可以任一进行处理器模式切换。其中，除系统模式外，其他5种模式又称为异常模式

二、ARM寄存器

(一)ARM工作状态下的寄存器组织

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
• 6个32位状态寄存器。

表1各种处理器模式下的寄存器

• 当发生异常中断时，处理器进入相应的异常模式。在每一种异常模式下都有相应的一组寄存器，供相应的异常处理程序使用，这样就可以保证在进入异常模式时，用户模式下的寄存器（保存了程序运行状态）不被破坏。
• 系统模式不是通过异常进入的，他和用户模式具有完全一样的寄存器

通用寄存器通常分为以下三类：

未备份寄存器：R0——R7

备份寄存器：R8——R14

程序计数器PC，即R15

未备份寄存器R0——R7：

R0～R7。在所有的处理器模式下指的都是同一个物理寄存器。在异常中断造成处理器模式切换时，由于不同的处理器模式使用相同的物理寄存器，可能造成寄存器中数据被破坏。

备份寄存器R8～R14：

（1）寄存器R8～R12

每个寄存器对应两个不同的物理寄存器。例如，当使用快速中断模式下的寄存器时，寄存器R8和寄存器R9分别记作R8_fiq、R9_fiq；当使用用户模式下的寄存器时，寄存器R8和寄存器R9分别记作R8_usr、R9_usr等。在这两种情况下使用的是不同的物理寄存器。系统没有将这几个寄存器用于任何的特殊用途，但是当中断处理非常简单，仅仅使用R8～R14寄存器时，FIQ处理程序可以不必执行保存和恢复中断现场的指令，从而可以使中断处理过程非常迅速。对于备份寄存器R13和R14来说，每个寄存器对应6个不同的物理寄存器，其中的一个是用户模式和系统模式共用的；另外的5个对应于其他5种处理器模式。

（2）寄存器R13在ARM中常用作栈指针（Stack Point，SP）

• 在ARM指令集中，这只是一种习惯的用法，并没有任何指令强制性的使用R13作为栈指针，用户也可以使用其他的寄存器作为栈指针；而在Thumb指令集中，有一些指令强制性地使用R13作为栈指针。
• 每一种异常模式拥有自己的物理的R13。应用程序初始化该R13，使其指向该异常模式专用的栈地址。当进入异常模式时，可以将需要使用的寄存器保存在R13所指的栈中；当退出异常处理程序时，将保存在R13所指的栈中的寄存器值弹出。这样就使异常处理程序不会破坏被其中断程序的运行现场。

（3）寄存器R14又被称为连接寄存器(Link Register，LR)

• 在ARM体系中具有下面两种特殊的作用：每一种处理器模式自己的物理R14中存放在当前子程序的返回地址。当通过BL或BLX指令调用子程序时，R14被设置成该子程序的返回地址。在子程序中，当把R14的值到程序计数器PC中时，子程序即返回。
• 当异常中断发生时，该异常模式特定的物理R14被设置成该异常模式将要返回的地址，对于有些异常模式，R14的值可能与将返回的地址有一个常数的偏移量。具体的返回方式与上面的子程序返回方式基本相同。
• R14寄存器也可以作为通用寄存器使用。

程序计数器R15（PC）

• 程序计数器R15又被记作PC。它虽然可以作为一般的通用寄存器使用，但是有一些指令在使用R15时有一些特殊限制。当违反了这些限制时，该指令执行的结果将是不可预料的。

• 由于ARM采用了流水线机制，当正确读取了PC的值时，该值为当前指