ARM體系的7種工作模式

注解：

可以通過軟件來進行模式切換，或者發生各類中斷、異常時CPU自動進入相應的模式；

用戶模式與系統模式兩者使用相同的寄存器，都沒有SPSR（Saved Program Statement Register，已保存程序狀態寄存器），但系統模式比用戶模式有更高的權限；

系統復位或開機時則進入到SVC模式下；

當遇到軟中斷（SWI，Software Interrupt）時，也將進入到SVC模式下；

進入特權模式是為了處理中斷、異常、或者訪問被保護的系統資源；

ARM中斷模式（IRQ）和快速中斷模式（FIQ）區別：

1. FIQ的優先級比IRQ高。

2. IRQ可以被FIQ所中斷，但FIQ不能被IRQ所中斷，在處理FIQ時必須要關閉中斷。

3. FIQ模式下，比IRQ模式多了幾個獨立的寄存器。

不要小看這幾個寄存器，ARM在編譯的時候，如果你FIQ中斷處理程序足夠用這幾個獨立的寄存器來運作，它就不會進行通用寄存器的壓棧，這樣也省了一些時間。

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

寫過完整匯編系統的都比較明白這點的差別，18只能放一條指令（18-1c 4個字節），為了不與1C處的FIQ沖突，這個地方只能跳轉，而FIQ不一樣，1C以后沒有任何中斷向量表了，這樣可以直接在1C處放FIQ的中斷處理程序，由于跳轉的范圍限制，至少少了一條跳轉指令。

5.IRQ和FIQ的響應延遲有區別

IRQ的響應并不及時，從Verilog仿真來看，IRQ會延遲幾個指令周期才跳轉到中斷向量處，看起來像是在等預取的指令執行完。FIQ的響應不清楚，也許比IRQ快。

二、ARM體系的CPU有兩種工作狀態

1、ARM：32位，ARM狀態執行字對齊的32位ARM指令。

2、THumb：16位，執行半字對齊的16位指令

注：1、ARM和Thumb兩種狀態之間的切換不影響處理器的工作模式和寄存器的內容。

2、ARM處理器在處理異常時，不過處理器處于什么狀態，則都將切換到ARM狀態。

　 3、CPU上電處于ARM狀態

三、寄存器

ARM有31個通用的32位寄存器，6個32位程序狀態寄存器，共分為7組，有些寄存器是所有工作模式共用的，還有一些寄存器專屬于每一種工作模式；

R13——棧指針寄存器，用于保存堆棧指針；

R14——程序連接寄存器，當執行BL子程序調用指令時，R14中得到R15的備份，而當發生中斷或異常時，R14保存R15的返回值；

R15——程序計數器；

快速中斷模式有7個備份寄存器R8—R14，這使得進入快速中斷模式執行很大部分程序時，甚至不需要保存任何寄存器；

其它特權模式都含有兩個獨立的寄存器副本R13、R14，這樣可以令每個模式都擁有自己的堆棧指針和連接寄存器；

四、當前程序狀態寄存器（CPSR）

CPSR中各位意義如下：

T位：1——CPU處于Thumb狀態， 0——CPU處于ARM狀態；

I、F（中斷禁止位）： 1——禁止中斷， 0——中斷使能；

工作模式位：可以改變這些位，進行模式切換；

五、程序狀態保存寄存器（SPSR）

當切換進入某一個特權模式時，SPSR保存前一個工作模式的CPSR值，這樣，當返回前一個工作模式時，可以將SPSR的值恢復到CPSR中；

六、模式切換

當異常發生，CPU進入相應的異常模式時，以下工作是由CPU自動完成的：

1、在異常模式的R14中保存前一工作模式的下一條即將執行的指令地址；

2、將CPSR的值到異常模式的SPSR中；

3、將CPSR的工作模式設為該異常模式對應的工作模式；

4、令PC值等于這個異常模式在異常向量表中的地址，即跳轉去執行異常向量表中的相應指令；

從異常工作模式退回到之前的工作模式時，需要由軟件來完成以下工作：

1、將異常模式的R14減去一個適當的值（4或8）后賦給PC寄存器；

2、將異常模式SPSR的值賦給CPSR；