詳解ARM處理寄存器與用戶模式

程序狀態寄存器

寄存器R16用作程序狀態寄存器CPSR(Current Program Status Register，當前程序狀態寄存器)。在所有處理器模式下都可以訪問CPSR。CPSR包含條件碼標志、中斷禁止位、當前處理器模式以及其他狀態和控制信息。每種異常模式都有一個程序狀態保存寄存器SPSR(Saved Program Status Register)。當異常出現SPSR用于保留CPSR的狀態。

CPSR和SPSR的格式如下：

(1)條件碼標志

N、Z、C、V(Negative、Zero、Carry、oVerflow)均為條件碼標志位(Condition Code Flags)，它們的內容可被算術或邏輯運算的結果所改變，并且可以決定某條指令是否被執行。CPSR中的條件碼標志可由大多數指令檢測以決定指令是否執行。在ARM狀態下，絕大多數的指令都是有條件執行的。在Thumb狀態下，僅有分支指令是有條件執行的。通常條件碼標志通過執行比較指令(CMN、CMP、TEQ、TST)、一些算術運算、邏輯運算和傳送指令進行修改。

條件碼標志的通常含義如下：

N：如果結果是帶符號二進制補碼，那么，若結果為負數，則N=1;若結果為正數或0，則N=0。

Z：若指令的結果為0，則置1(通常表示比較的結果為“相等”)，否則置0。

C：可用如下4種方法之一設置：

一-加法(包括比較指令CMN)。若加法產生進位(即無符號溢出)，則C置1;否則置0。

一-減法(包括比較指令CMP)。若減法產生借位(即無符號溢出)，則C置0;否則置1。

一-對于結合移位操作的非加法/減法指令，C置為移出值的最后1位。

一-對于其他非加法/減法指令，C通常不改變。

V：可用如下兩種方法設置，即

一-對于加法或減法指令，當發生帶符號溢出時，V置1，認為操作數和結果是補碼形式的帶符號整數。

一-對于非加法/減法指令，V通常不改變。

(3)控制位

程序狀態寄存器PSR(Program Status Register)的最低8位I、F、T和M[4：0]用作控制位。當異常出現時改變控制位。處理器在特權模式下時也可由軟件改變。

a.中斷禁止位

I：置1，則禁止IRQ中斷;

F：置1，則禁止FIQ中斷。

b.T位

T=0 指示ARM執行;

T=1 指示Thumb執行。

c.模式控制位

M4、M3、M2、Ml和M0(M[4:0])是模式位，決定處理器的工作模式，如表所列。

M[4：0]工作模式可訪問的寄存器

10000用戶模式PC，CPSR，R14～R0

10001FIQ模式PC，R7～R0，CPSR, SPSR_fiq，R14_fiq～R8_fiq

10010IRQ模式PC，R12～R0，CPSR, SPSR_irq，R14_irq，R13_irq

10011管理模式PC，R12～R0, CPSR, SPSR_svc，R14_svc，R13_svc

10111中止模式PC，R12～R0, CPSR, SPSR_abt，R14_abt，R13_abt

11011未定義模式PC，R12～R0, CPSR, SPSR_und，R14_und，R13_und

11111系統模式PC，R14～R0，CPSR(ARM v4及以上版本)

并非所有的模式位組合都能定義一種有效的處理器模式。其他組合的結果不可預知。

(4)其他位

程序狀態寄存器的其他位保留，用做以后的擴展。