基于Android的ARM匯編語言系列之一：ARM匯編語言開篇

之一：ARM匯編語言開篇
之二：C/C++程序生成ARM匯編程序的過程分析
之三：ARM匯編語言程序結構
之四：ARM處理器的尋址方式
之五：ARM指令集與Thumb指令集
之六：NEON指令集與VFP指令集

這是博文的開篇文章，這里會先介紹一下ARM處理器的大致分類和作用。

一 ARM處理器與ARM指令集

整個ARM處理器被分為三個部分：

• Classic
• Embedded
• Application

Classic被稱為經典系列。

ARM1~ARM11一直都以數字來命名，ARM12以后改為用Cortex命名。Cortex有以下幾個分類：

• Cortex-A：廣泛用于智能手機、上網本、電子書以及數字電視等。
• Cortex-M：用于微控制領域，該系列的特點是高能效和低功耗。
• Cortex-R：用于支持深層嵌入式的餓實時應用，該系列的特點是低功耗、良好的中斷行為、卓越性能以及與現有平臺的高兼容性。

盡管ARM處理器版本眾多，它是很多型號ARM處理器兼容一套ARM指令集，ARM架構與ARM處理器的對應關系如下圖所示：

上圖涉及的技術，這里也簡單提一下：

• VFP：為ARM處理器提供了浮點運算功能。
• Jazelle：允許某些架構的硬件上加速運行Java字節碼。
• SIMD：多媒體指令集。
• TrustZone：安全性控制，避免產品受到外部的惡意攻擊。
• NEON：NEON是SIMD體系結構的擴展，NEON在執行上比傳統的SIMD占用更少的指令周期。

Android最初選擇ARM作為平臺設備的處理器結構，并做了專門的優化。發展到Android4.1版本以后，已經全面支持ARM、x86和MIPS三種架構的處理器。

二 ARM處理器的工作模式和工作狀態

2.1 ARM處理器的工作模式

ARM處理器共37個32位處理器，其中有31個通用寄存器和6個狀態寄存器。ARM處理器支持7種運行模式，分別是：

• 用戶模式（usr）：ARM處理器正常的程序運行狀態。
• 快速中斷模式（flq）：用于高速數據傳輸或通道處理。
• 外部中斷模式（irq）：用于通用的中斷處理。
• 管理模式（svc）：操作系統使用的保護模式。
• 數據訪問終止模式（abt）：當數據或指令預取終止時進入該模式，可用于虛擬存儲以及存儲保護。
• 系統模式（sys）：運行具有特短的操作系統任務。
• 未定義指令終止模式（und）：當未定義的指令執行時進入該模式。

2.2 ARM處理器的工作狀態

• ARM狀態：執行32位字對齊的ARM指令。
• Thumb狀態：執行16位字對齊的ARM指令。

Thumb狀態下的寄存器的命名與ARM有部分差異，它們的對應關系如下所示：

• Thumb狀態下的R0~R7與ARM狀態下的R0~R7相同。
• Thumb狀態下的CPSR與ARM狀態下的CPSR相同。
• Thumb狀態下的FP與ARM狀態下的R11相同。
• Thumb狀態下的IP與ARM狀態下的R12相同。
• Thumb狀態下的SP與ARM狀態下的R13相同。
• Thumb狀態下的LR與ARM狀態下的R14相同。
• Thumb狀態下的PC與ARM狀態下的R15相同。