ARM体系的7种工作模式

注解：

可以通过软件来进行模式切换，或者发生各类中断、异常时CPU自动进入相应的模式；

用户模式与系统模式两者使用相同的寄存器，都没有SPSR（Saved Program Statement Register，已保存程序状态寄存器），但系统模式比用户模式有更高的权限；

系统复位或开机时则进入到SVC模式下；

当遇到软中断（SWI，Software Interrupt）时，也将进入到SVC模式下；

进入特权模式是为了处理中断、异常、或者访问被保护的系统资源；

ARM中断模式（IRQ）和快速中断模式（FIQ）区别：

1. FIQ的优先级比IRQ高。

2. IRQ可以被FIQ所中断，但FIQ不能被IRQ所中断，在处理FIQ时必须要关闭中断。

3. FIQ模式下，比IRQ模式多了几个独立的寄存器。

不要小看这几个寄存器，ARM在编译的时候，如果你FIQ中断处理程序足够用这几个独立的寄存器来运作，它就不会进行通用寄存器的压栈，这样也省了一些时间。

4. FIQ的中断向量地址在0x1C，而IRQ的在0x18。(也有的在FFFF001C以及FFFF0018)

写过完整汇编系统的都比较明白这点的差别，18只能放一条指令（18-1c 4个字节），为了不与1C处的FIQ冲突，这个地方只能跳转，而FIQ不一样，1C以后没有任何中断向量表了，这样可以直接在1C处放FIQ的中断处理程序，由于跳转的范围限制，至少少了一条跳转指令。

5.IRQ和FIQ的响应延迟有区别

IRQ的响应并不及时，从Verilog仿真来看，IRQ会延迟几个指令周期才跳转到中断向量处，看起来像是在等预取的指令执行完。FIQ的响应不清楚，也许比IRQ快。

二、ARM体系的CPU有两种工作状态

1、ARM：32位，ARM状态执行字对齐的32位ARM指令。

2、THumb：16位，执行半字对齐的16位指令

注：1、ARM和Thumb两种状态之间的切换不影响处理器的工作模式和寄存器的内容。

2、ARM处理器在处理异常时，不过处理器处于什么状态，则都将切换到ARM状态。

　 3、CPU上电处于ARM状态

三、寄存器

ARM有31个通用的32位寄存器，6个32位程序状态寄存器，共分为7组，有些寄存器是所有工作模式共用的，还有一些寄存器专属于每一种工作模式；

R13——栈指针寄存器，用于保存堆栈指针；

R14——程序连接寄存器，当执行BL子程序调用指令时，R14中得到R15的备份，而当发生中断或异常时，R14保存R15的返回值；

R15——程序计数器；

快速中断模式有7个备份寄存器R8—R14，这使得进入快速中断模式执行很大部分程序时，甚至不需要保存任何寄存器；

其它特权模式都含有两个独立的寄存器副本R13、R14，这样可以令每个模式都拥有自己的堆栈指针和连接寄存器；

四、当前程序状态寄存器（CPSR）

CPSR中各位意义如下：

T位：1——CPU处于Thumb状态， 0——CPU处于ARM状态；

I、F（中断禁止位）： 1——禁止中断， 0——中断使能；

工作模式位：可以改变这些位，进行模式切换；

五、程序状态保存寄存器（SPSR）

当切换进入某一个特权模式时，SPSR保存前一个工作模式的CPSR值，这样，当返回前一个工作模式时，可以将SPSR的值恢复到CPSR中；

六、模式切换

当异常发生，CPU进入相应的异常模式时，以下工作是由CPU自动完成的：

1、在异常模式的R14中保存前一工作模式的下一条即将执行的指令地址；

2、将CPSR的值到异常模式的SPSR中；

3、将CPSR的工作模式设为该异常模式对应的工作模式；

4、令PC值等于这个异常模式在异常向量表中的地址，即跳转去执行异常向量表中的相应指令；

从异常工作模式退回到之前的工作模式时，需要由软件来完成以下工作：

1、将异常模式的R14减去一个适当的值（4或8）后赋给PC寄存器；

2、将异常模式SPSR的值赋给CPSR；