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        ARM處理器工作模式

        作者: 時(shí)間:2016-11-28 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
        ARM有7種處理器模式,其由CPSR的[4:0]位決定。

        用戶模USR:正常程序動行的工作模式。只能讀CPSR不能寫

        本文引用地址:http://www.104case.com/article/201611/322772.htm

        系統(tǒng)模式sys:與用戶模式共用一套寄存器。用于支持操作系統(tǒng)的特權(quán)任務(wù)模式,但它具有直接切換到其它模式的特權(quán)。

        管理模式svc:操作系統(tǒng)的特權(quán)任務(wù)模式。系統(tǒng)復(fù)位和軟件中斷時(shí)才進(jìn)入這個(gè)模式

        中止abt:在ARM7中沒多大做用.另外還有未定義und中斷(irq),快速中斷(fiq)

        除用戶模式外都 是特權(quán)模式。吸有在特權(quán)模式下才允許對當(dāng)前的程序狀態(tài)寄存器的反有控制位直接進(jìn)行讀寫訪問。

        特權(quán)模式中除系統(tǒng)模式外都是異常模式。異常發(fā)生時(shí)總是切換到ARM狀態(tài)。

        何時(shí)近入到異常模式

        1 復(fù)位進(jìn)入管理模式,操作系統(tǒng)內(nèi)核通常處于此種模式

        2訪問失敗則進(jìn)入中止模式

        3 遇到不支持的指令時(shí),進(jìn)入未定義

        4中斷模式與快速中斷模式分別對ARM外理器2種不同等級別的中斷響應(yīng)

        特權(quán)模式可以訪問所有內(nèi)部資源

        用戶模式與作系統(tǒng)模式不能由異常進(jìn)入必須通過修改CPSR才能實(shí)現(xiàn)。

        處理器工作模式

        特權(quán)模式

        異常模式

        說明

        用戶(user)模式

        用戶程序運(yùn)行模式

        系統(tǒng)(system)模式

        該組模式下可以任意訪問系統(tǒng)資源

        運(yùn)行特權(quán)級的操作系統(tǒng)任務(wù)

        一般中斷(IRQ)模式

        通常由系統(tǒng)異常狀態(tài)切換進(jìn)該組模式

        普通中斷模式

        快速中斷(FIQ)模式

        快速中斷模式

        管理(supervisor)模式

        提供操作系統(tǒng)使用的一種保護(hù)模式,swi命令狀態(tài)

        中止(abort)模式

        虛擬內(nèi)存管理和內(nèi)存數(shù)據(jù)訪問保護(hù)

        未定義指令終止(undefined)模式

        支持通過軟件仿真硬件的協(xié)處理

        CPU的模式可以簡單的理解為當(dāng)前CPU的工作狀態(tài),比如:當(dāng)前操作系統(tǒng)正在執(zhí)行用戶程序,那么當(dāng)前CPU工作在用戶模式,這時(shí)網(wǎng)卡上有數(shù)據(jù)到達(dá),產(chǎn)生中斷信號,CPU自動切換到一般中斷模式下處理網(wǎng)卡數(shù)據(jù)(普通應(yīng)用程序沒有權(quán)限直接訪問硬件),處理完網(wǎng)卡數(shù)據(jù),返回到用戶模式下繼續(xù)執(zhí)行用戶程序。

        特權(quán)模式

        除用戶模式外,其它模式均為特權(quán)模式(Privileged Modes)。ARM內(nèi)部寄存器和一些片內(nèi)外設(shè)在硬件設(shè)計(jì)上只允許(或者可選為只允許)特權(quán)模式下訪問。此外,特權(quán)模式可以自由的切換處理器模式,而用戶模式不能直接切換到別的模式。

        異常模式

        特權(quán)模式中除系統(tǒng)(system)模式之外的其他5種模式又統(tǒng)稱為異常模式。它們除了可以通過在特權(quán)下的程序切換進(jìn)入外,也可以由特定的異常進(jìn)入。比如硬件產(chǎn)生中斷信號進(jìn)入中斷異常模式,讀取沒有權(quán)限數(shù)據(jù)進(jìn)入中止異常模式,執(zhí)行未定義指令時(shí)進(jìn)入未定義指令中止異常模式。其中管理模式也稱為超級用戶模式,是為操作系統(tǒng)提供軟中斷的特有模式,正是由于有了軟中斷,用戶程序才可以通過系統(tǒng)調(diào)用切換到管理模式。

        (1)用戶模式:

        用戶模式是用戶程序的工作模式,它運(yùn)行在操作系統(tǒng)的用戶態(tài),它沒有權(quán)限去操作其它硬件資源,只能執(zhí)行處理自己的數(shù)據(jù),也不能切換到其它模式下,要想訪問硬件資源或切換到其它模式只能通過軟中斷或產(chǎn)生異常。

        (2)系統(tǒng)模式:

        系統(tǒng)模式是特權(quán)模式,不受用戶模式的限制。用戶模式和系統(tǒng)模式共用一套寄存器,操作系統(tǒng)在該模式下可以方便的訪問用戶模式的寄存器,而且操作系統(tǒng)的一些特權(quán)任務(wù)可以使用這個(gè)模式訪問一些受控的資源。

        (3)一般中斷模式:

        一般中斷模式也叫普通中斷模式,用于處理一般的中斷請求,通常在硬件產(chǎn)生中斷信號之后自動進(jìn)入該模式,該模式為特權(quán)模式,可以自由訪問系統(tǒng)硬件資源。

        (4)快速中斷模式:

        快速中斷模式是相對一般中斷模式而言的,它是用來處理對時(shí)間要求比較緊急的中斷請求,主要用于高速數(shù)據(jù)傳輸及通道處理中。

        (5)管理模式:

        管理模式是CPU上電后默認(rèn)模式,因此在該模式下主要用來做系統(tǒng)的初始化,軟中斷處理也在該模式下,當(dāng)用戶模式下的用戶程序請求使用硬件資源時(shí)通過軟件中斷進(jìn)入該模式。

        (6)終止模式:

        中止模式用于支持虛擬內(nèi)存或存儲器保護(hù),當(dāng)用戶程序訪問非法地址,沒有權(quán)限讀取的內(nèi)存地址時(shí),會進(jìn)入該模式,linux下編程時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)的segment fault通常都是在該模式下拋出返回的。

        (7)未定義模式:

        未定義模式用于支持硬件協(xié)處理器的軟件仿真,CPU在指令的譯碼階段不能識別該指令操作時(shí),會進(jìn)入未定義模式。

        ARM920T支持的7種處理器操作模式:
        .用戶模式(user模式),運(yùn)行應(yīng)用的普通模式。
        .快速中斷模式(fiq模式),用于支持高速數(shù)據(jù)傳輸或通道處理。
        .中斷模式(irq模式),用于普通中斷處理。
        .超級用戶模式(svc模式),操作系統(tǒng)的保護(hù)模式
        .異常中斷模式(abt模式),輸入數(shù)據(jù)后登入或預(yù)取異常中斷指令
        .系統(tǒng)模式(sys模式),是操作系統(tǒng)使用的一個(gè)有特權(quán)的用戶模式
        .未定義模式(und模式),執(zhí)行了未定義指令時(shí)進(jìn)入該模式

        處理器的模式可以通過軟件控制進(jìn)行切換,也可以通過外部中斷或是異常處理過程進(jìn)行切換。

        7種模式中除用戶模式外其它的6種處理器模式稱為Privileged Modes(特權(quán)模式)。

        用戶模式:大多數(shù)用戶程序運(yùn)行在用戶模式,此模式下程序不能夠訪問一些受操作系統(tǒng)保護(hù)的系統(tǒng)資源,應(yīng)用程序也不能直接進(jìn)行處理器模式的切換。

        特權(quán)模式:程序可以訪問所有的系統(tǒng)資源,也可以任意地進(jìn)行處理器模式的切換。

        6種特權(quán)模式中除系統(tǒng)模式外,其他5種特權(quán)模式又稱之為異常模式。

        異常模式:當(dāng)應(yīng)用程序發(fā)生異常中斷時(shí),處理器進(jìn)入相應(yīng)的異常模式。每一種異常模式都有一組寄存器,供相應(yīng)的異常處理程序使用,這樣可保證進(jìn)入異常模式時(shí),用戶模式下的寄存器(保存了程序運(yùn)行狀態(tài))不被破壞。

        系統(tǒng)模式:系統(tǒng)模式不是通過異常過程進(jìn)入的,它和用戶模式具有完全一樣的寄存器。但是系統(tǒng)模式屬于特權(quán)模式,可以訪問所有的系統(tǒng)資源,也可以直接進(jìn)行處理器模式的切換。它主要供操作系統(tǒng)任務(wù)使用。




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