RealView MDK　与　AT91SAM7S64： 理解工作模式,寄存器

 
    　我试图将示例1改成在定时中断中实现LED的闪烁，可当我认为一切都完成的时候LED并没有按我的预想闪烁，是我中断处理代码有问题还是

　　定时器的设置有问题？由于定时器的配置拷贝自曾经成功运行过的项目中，所以我首先要解决的是在RealView中配置中断，我想这要从启动代

　　码开始，在研究RealView提供的启动代码的时候还是需要从网上找一些关于ARM7内核的相关文章，为了方便以后温习，我把这些相关内容整理

　　在一起。

    一． ARM7工作模式

　　　实际上其它的ARM(如Cotex-M3)也可能与ARM7相同，有这些工作模式，但由于笔者还不了解其它型号的ARM内核这里只限定为ARM7.ARM7有７个

　　工作模式，分别如下：

　　1.用户模式(usr)：正常运行的用户程序运行在此模式。

    2.快速中断模式(fiq)：快速中断程序运行在此模式。

　　3.外部中断模式(irq)：通用中断程序运行在此模式。

　　4.管理模式(svc) ：复位或软件中断时进入，启动代码等运行于此模式。

　　5.数据访问终止模式(abt)：当数据指令预取终止时进入此模式，可用于虚拟存储及存储保护等应用中。

　　6.系统模式(sys)：在有操作系统的应用中用来运行操作系统的一些特权任务。

　　7.未定义指令中止模式(und)：当未定义的指令执行时进入，可用于支持硬件协处理器的软件仿真。

    注：用户模式以外的6个模式被称为特权模式，用户模式和系统模式以外的5种模式又被称为异常模式(Exception Modes)。

    ARM7在异常模式下的某些寄存器是相互独立的，如栈指针，各模式均有自己独立的栈指针。

   二． CPSR寄存器

　　　处理器的工作模式存储在CPSR（程序状态寄存器）低5位中，CPSR的各位及作用如下：

    1.控制位

       CPSR的低8位（包括I、F、T和M[4：0]）称为控制位，当发生异常时这些位可以被改变。如果处理器运行于特权模式时，这些位也可以由

    程序修改。

       中断禁止位I、F：置1时，禁止IRQ中断和FIQ中断。

       T标志位：该位反映处理器的运行状态。当该位为1时，程序运行于THUMB状态，否则运行于ARM状态。该信号反映在外部引脚TBIT上。

    在程序中不得修改CPSR中的TBIT位，否则处理器工作状态不能确定。

       运行模式位M[4：0]：这几位是模式位，这些位决定了处理器的运行模式。

    2.标志位

　　　N、Z、C、V均为条件码标志位。它们的内容可被算术或逻辑运算的结果所改变，并且可以决定某条指令是否被执行。这与普通处理器的状态

　　寄存器的功能类似，这里不作祥述。

    3.SPSR寄存器

      处理器每一种异常模式下都有一个专用的物理状态寄存器，称为SPSR（备份程序状态寄存器）。当特定的异常中断发生时，这个寄存器用于存

　　放当前程序状态寄存器的内容。在异常中断程序退出时，可以用SPSR中保存的值来恢复CPSR。

    三．MSR 指令

       上面提到处理器的工作模式要么发生异常时自动被改变，要么在特权模式下由程序改变，那么在程序改变模式时用什么指令呢？下面是程序

　　状态寄存器传送指令MSR的介绍：

　　　　MSR 指令的格式：

　　　　MSR{条件} 程序状态寄存器（CPSR 或SPSR）_<域>，操作数

　　　　MSR 指令用于将操作数的内容传送到程序状态寄存器的特定域中。其中，操作数可以为通用寄存器或立即数。<域>用于设置程序状态

　　寄存器中需要操作的位，32 位的程序状态寄存器可分为4个域：

　　　　位[31：24]为条件标志位域，用f 表示；

　　　　位[23：16]为状态位域，用s 表示；

　　　　位[15：8]为扩展位域，用x 表示；

　　　　位[7：0]为控制位域，用c 表示；

　　　　该指令通常用于恢复或改变程序状态寄存器的内容，在使用时，一般要在MSR 指令中指明将要操作的域。

　　　　指令示例：

　　　　MSR CPSR，R0 ；传送R0 的内容到CPSR

　　　　MSR SPSR，R0 ；传送R0 的内容到SPSR

　　　　MSR CPSR_c，R0 ；传送R0 的内容到SPSR，但仅仅修改CPSR 中的控制位域

        有了以上的了解我们再来看一下RealView MDK-ARM 4.11内包含默认启动代码中的改变工作模式的代码段：

        ; Setup Stack for each mode　设置各模式下的栈指针
        LDR R0, =Stack_Top

        ; Enter Undefined Instruction Mode and set its Stack Pointer　进入未定义指令模式并设置栈指针
        MSR CPSR_c, #Mode_UND:OR:I_Bit:OR:F_Bit
        MOV SP, R0
        SUB R0, R0, #UND_Stack_Size

        ; Enter Abort Mode and set its Stack Pointer进入ABT式并设置栈指针
        MSR CPSR_c, #Mode_ABT:OR:I_Bit:OR:F_Bit
        MOV SP, R0
        SUB R0, R0, #ABT_Stack_Size

        ; Enter FIQ Mode and set its Stack Pointer进入FIQ模式并设置栈指针
        MSR CPSR_c, #Mode_FIQ:OR:I_Bit:OR:F_Bit
        MOV SP, R0
        SUB R0, R0, #FIQ_Stack_Size

        ; Enter IRQ Mode and set its Stack Pointer进入IRQ模式并设置栈指针
        MSR CPSR_c, #Mode_IRQ:OR:I_Bit:OR:F_Bit
        MOV SP, R0
        SUB R0, R0, #IRQ_Stack_Size

        ; Enter Supervisor Mode and set its Stack Pointer进入管理模式并设置栈指针
        MSR CPSR_c, #Mode_SVC:OR:I_Bit:OR:F_Bit
        MOV SP, R0
        SUB R0, R0, #SVC_Stack_Size

        ; Enter User Mode 进入用户模式
        MSR CPSR_c, #Mode_USR

    四．寄存器 

　　　　ARM7有16个32位的寄存器（r0到r15）。r15充当程序寄存器PC，r14（link register）存储子程序的返回地址，r13存储的是栈地址。

　　一些寄存器在异常发生时会产生新的instances，如r13，r14在进入IRQ处理器模式时变成r13_irq和r14_irq。

　　　　1.ARM7处理器共有37个寄存器，其中包括：

　　　　　i. 31个通用寄存器，包括程序计数器(PC)在内。都是32位寄存器

　　　　　ii. 6个状态寄存器，都是32位寄存器

　　　　2.通用寄存器可以分为3类：未备份寄存器（R0～R7）、备份寄存器（R8~R14）和程序计数器PC（R15）。对于每一个未备份寄存器来说，

        在所有的处理器模式下指的都是同一个物理寄存器。对应备份寄存器R8～R12来说，每个寄存器对应两个不同的物理寄存器，这使得中断

        处理非常简单。例如，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。

        3.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。

        4.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：

            i. 每一种处理器模式自己的物理R14中存放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的值复制到程序计数器PC中时，子程序即返回。

            ii. 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。具体的返回方式与子程序返回方式基本相同。


　

芯艺设计室(http://www.chipart.cn) 2010.08.18  转载请注明出处！