第二章-ARM体系结构课件.ppt

1、第二章ARM微处理器的体系结构主讲人：谢银波嵌入式系统与应用教学课程之-精品文档-nARM处理器的应用当前主要应用于消费类电子领域；到目前为止，基于ARM技术的微处理器应用约占据了32位嵌入式微处理器75以上的市场份额全球80%的GSM/3G手机、99%的CDMA手机以及绝大多数PDA产品均采用ARM体系的嵌入式处理器，“掌上计算”相关的所有领域皆为其所主宰。ARM技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面。为什么选择有ARM处理器的嵌入式系统？-精品文档-不同体系结构的不同体系结构的CPU在高端嵌入式控制在高端嵌入式控制为什么选择有ARM处理器的嵌入式系统？-精品文档-仅仅2002嵌入式内核总量嵌

2、入式内核总量:6.265亿亿*包括用于32位、64位RISC结构的片上系统为什么选择有ARM处理器的嵌入式系统？-精品文档-第2章 目录q1.ARM简介q2.ARM7TDMIq3.ARM7TDMI的模块和内部框图q4.体系结构直接支持的数据类型q5.处理器状态q6.处理器模式q7.内部寄存器q8.程序状态寄存器q9.异常q10.复位q11.存储器及存储器映射I/O-精品文档-第2章 目录q1.ARM简介q2.ARM7TDMIq3.ARM7TDMI的模块和内部框图q4.体系结构直接支持的数据类型q5.处理器状态q6.处理器模式q7.内部寄存器q8.程序状态寄存器q9.异常q10.复位q11.存储

3、器及存储器映射I/O-精品文档-2.1 ARM简介nARM公司简介 ARM是Advanced RISC Machines的缩写，它是一家微处理器行业的知名企业，该企业设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC（精简指令集）处理器核。n成立于1990年11月前身为 Acorn计算机公司Advance RISC Machine(ARM)n主要设计ARM系列RISC处理器内核n授权ARM内核给生产和销售半导体的合作伙伴ARM 公司不生产芯片设计IP(Intelligence Property)n另外也提供基于ARM架构的开发设计技术软件工具,评估板,调试工具,应用软件,总线架构,外围设备单元，等等-精

4、品文档-将技术授权给其它芯片厂商形成各具特色的ARM芯片.2.1 ARM简介nARM公司简介-精品文档-主流的ARM处理器-精品文档-n微处理器是整个系统的核心，通常由3大部分组成：控制单元、算术逻辑单元和寄存器。算术逻辑单元算术逻辑单元寄存器寄存器控制控制单元单元微处理器微处理器存储器存储器输入输入输出输出2.1 ARM简介-精品文档-nARM体系结构 所谓“体系结构”，是指程序员在某CPU上进行程序设计时能够使用的处理器资源，其中最重要的是处理器所提供的指令系统和寄存器组。注意体系结构(architecture)和组成(structure）的区别：前者是处理器的逻辑抽象，是程序员关注的部分

5、。后者是具体实现，一般为计算机系统设计人员关注。一般来说，architecture，structure是不同层次的概念，但两者也有一定的联系。2.1 ARM简介-精品文档-nARM体系结构 ARM处理器为RISC芯片，其简单的结构使ARM内核非常小，这使得器件的功耗也非常低。它具有经典RISC的特点：大的、统一的寄存器文件；装载/保存结构，数据处理 操作只针对寄存器的内容，而不直接对存储器进行操作；简单的寻址模式;统一和固定长度的指令域，简化了指令的译码，便于指令流水线设计。2.1 ARM简介-精品文档-nARM体系结构ARM体系结构的特点：每条数据处理指令都对算术逻辑单元和移位器控制，实现了

6、ALU和移位器的最大利用；地址自动增加和减少寻址模式，优化程序循环；多寄存器装载和存储指令实现最大数据吞吐量;所有指令的条件执行实现最快速的代码执行。2.1 ARM简介-精品文档-n各ARM体系结构版本 ARM体系结构从最初开发到现在有了很大的改进，并仍在完善和发展。为了清楚的表达每个ARM应用实例所使用的指令集，ARM公司定义了6种主要的ARM指令集体系结构版本，以版本号V1V6表示。2.1 ARM简介-精品文档-n各ARM体系结构版本V1 该版本的ARM体系结构，只有26位的寻址空间，没有商业化，其特点为：基本的数据处理指令（不包括乘法）；字节、字和半字加载/存储指令；具有分支指令，包括在

7、子程序调用中使用的分支和链接指令；在操作系统调用中使用的软件中断指令。2.1 ARM简介-精品文档-n各ARM体系结构版本V2 同样为26位寻址空间，现在已经废弃不再使用，它相对V1版本有以下改进：具有乘法和乘加指令；支持协处理器；快速中断模式中的两个以上的分组寄存器；具有原子性加载/存储指令SWP和SWPB。2.1 ARM简介-精品文档-n各ARM体系结构版本V3 寻址范围扩展到32位（目前已废弃），具有独立的程序：具有乘法和乘加指令；支持协处理器；快速中断模式中具有的两个以上的分组寄存器；具有原子性加载/存储指令SWP和SWPB。2.1 ARM简介-精品文档-n各ARM体系结构版本V4 不

8、在为了与以前的版本兼容而支持26位体系结构，并明确了哪些指令会引起未定义指令异常发生，它相对V3版本作了以下的改进：半字加载/存储指令；字节和半字的加载和符号扩展指令；具有可以转换到Thumb状态的指令（BX）；增加了用户模式寄存器的新的特权处理器模式。2.1 ARM简介-精品文档-n各ARM体系结构版本V5 在V4版本的基础上，对现在指令的定义进行了必要的修正，对V4版本的体系结构进行了扩展并并增加了指令，具体如下：改进了ARM/Thumb状态之间的切换效率；E-增强型DSP指令集,包括全部算法操作和16位乘法操作；J-支持新的JAVA,提供字节代码执行的硬件和优化软件加速功能。2.1 AR

9、M简介-精品文档-nARM处理器核简介 ARM公司开发了很多系列的ARM处理器核，目前最新的系列已经是ARM11了，而ARM6核以及更早的系列已经很罕见了。目前应用比较广泛的系列是：ARM7ARM9ARM9EARM10SecurCoreXscaleARM11Cortex2.1 ARM简介PXA255PXA270-精品文档-预取（Fetch）译码（Decode）执行（Execute）预取（Fetch）译码（Decode）执行（Execute）访存（Memory）写入（Write）预取（Fetch）译码（Decode）发送（Issue）预取（Fetch）预取（Fetch）执行（Execute）访存

10、（Memory）写入（Write）译码（Decode）发送（Issue）执行（Execute）转换（Snny）访存（Memory）写入（Write）ARM7ARM9ARM10ARM112.1 ARM简介预取（Fetch）预取（Fetch）译码（Decode）执行（Execute）移位（RF）写回（XWB）XSCALE主流水执行（Execute）XScale 超级流水线由：主流水线、存储器流水线和MAC 流水线组成-精品文档-项目ARM7ARM9ARM10ARM11XScale流水线356878超典型频率（MHz）80150260335200624功耗（mW/MHz）0.060.19（+cach

11、e）0.5（+cache）0.4（+cache）0.23（+cache）性能MIPS*/MHz0.971.11.31.21.3架构冯诺伊曼哈佛哈佛哈佛哈佛2.1 ARM简介-精品文档-ARM系列微处理器核特点ARM7ARM7TDMI：整数处理核ARM7TDMI 处理器的可综合版本；ARM720T：带MMU的处理器核心，支持操作系统；ARM7EJ-S：带有DSP和Jazelle TM 技术，能够实现Java加速功能l 冯诺伊曼体系结构；l ARMTDMI是目前应用最广的微处理器核l ARM720T带有MMU和8KB的指令数据混合cache；l ARM7EJ-执行ARMv5TEJ指令，5级流水线，

12、提供Java加速指令，没有存储器保护。ARM9ARM920T：带有独立的16KB 数据和指令Cache；ARM922T：带有独立的8位KB 数据和指令Cache；ARM940T包括更小数据和指令Cache和一个MPUl 基于ARM9TDMI，带16位的Thumb指令集，增强代码密度最多到35%；l 在0.13m工艺下最高性能可达到300MIPS（Dhrystone 2.1测试标准）；l 集成了数据和指令Chche；l 32位AMBA总线接口的MMU支持；l 可在0.18m、0.15m和0.13m工艺的硅芯片上实现。2.1 ARM简介-精品文档-ARM9EARM926EJ-S：Jazelle 技

13、术，有MMU，可配置的数据和指令Cache,TCM接口；ARM946E-S：可配置的数据和指令Cache及TCM;ARM966E-S：针对要求高性能和低功耗的可预测的指令执行时间的硬实时应用设计 ARM968E-S：最小、功耗最小的 ARM9E系列处理器，针对嵌入式实时应用设计；lARM9E是针对微控制器、DSP和Java的单处理器解决方案；lARM Jazelle 技术提供 8倍的 Java 加速性能(ARM926EJ-S)；l5-级整数流水线；l在0.13m工艺下最高性能可达到300MIPS（Dhrystone 2.1测试标准）；l可选择的 向量浮点单元VFP9 协处理器指令优秀海浮点性能

14、，对于3D图形加速和实时控制可达到 215MFLOPS。l高性能的AHB总线，带MMUl可在0.18m,0.15m,0.13m工艺的硅芯片上实现。ARM10EARM1020E：带DSP指令集，在片调试功能，独立的32KB数据和指令Cache，MMU支持；ARM1022E：与ARM1020E相同，只是独立的数据和指令Cache变为16KB；ARM1026EJ-S：同时具有MPU和MMU，可综合版本；l带分支预测的6级整数流水线；l在0.13m工艺下最高性能可达到430MIPS（Dhrystone 2.1测试标准）；l对于3D图形运算和实时控制采用VFP协处理器，浮点运算性能最高可达650MFLO

15、PS；l双64位AMBA总线接口和64位内部总路线接口；l优化的缓存结构提高了处理器访问低速存储器的性能；l可在0.18m,0.15m,0.13m工艺的硅芯片上实现2.1 ARM简介-精品文档-ARM11ARM11 MPCore：可综合的多处理器核，1至4个处理器可配置；ARM1136J(F)-S：可配置的数据和指令Cache，可提供1.9位的MPEG4编码加速功能；ARM1156T2(F)-S：带集成浮点协处理器，带内存保护单元MPU；ARM1176JZ(F)-S：带针对CPU和系统安全架构扩展的TrustZone技术。l增强的Thumb、Jazelle、DSP扩展支持；l带片上和系统安全T

16、rustZone 技术支持；l在0.13m工艺下最高可达到550MHz；lMPCore在0.13m工艺下最高性能可达到740MIPS（Dhrystone 2.1测试标准）；l支持多媒体指令SIMD；l采用三种电源模式：全速/待命/休眠l集成DMA的TCMl低功耗、高性能。SecurCoreSC100：第一个32位安全处理器；、SC110：在SC100上增加密钥协处理器；SC200：带Jazelle技术的高级安全处理器；SC210：在SC200上增加密钥协处理器lSecurCore是专门为智能卡、安全IC提供的32位安全处理器，为电子商务、银行、网络、移动多媒体、公共交通提供安全解决方案；l体积

17、小、功耗低，代码压缩密度高；l为快速增长的Java卡平台提供Java加速功能；2.1 ARM简介-精品文档-CortexCortex-A：面向应用的微处理器，针对复杂操作系统和应用程序设计；Cortex-R：针对实时系统的嵌入式处理器；Cortex-M：针对成本敏感应用优化的深度嵌入式处理器；l2004年发布，提供增强的媒体和数字处理能力，增加了系统性能；l支持ARM、Thumb、Thumb-2指令集；lThumb-2指令集提供了更高的代码存储密度，进一步降低成本；Intel系列StrongARM：ARMv4体系XScale：ARMv5TE体系，增加MMX指令lStrongARM主要应用于手持

18、设备和PDA，5级流水线，具有独立的数据和指令Cache，不支持Thumb指令集，目前已停产；lXScale是目前Intel公司主推的高性能嵌入式处理器，分通用处理器、网络处理器和I/O处理器三类。其中通用处理器有PXA25x、PXA26x、PXA27x三个系列，被广泛应用于智能手机、PDA领域。2.1 ARM简介-精品文档-Q&A-精品文档-第2章 目录q1.ARM简介q2.ARM7TDMIq3.ARM7TDMI的模块和内部框图q4.体系结构直接支持的数据类型q5.处理器状态q6.处理器模式q7.内部寄存器q8.程序状态寄存器q9.异常q10.复位q11.存储器及存储器映射I/O-精品文档-

19、2.2 ARM7TDMIn简介(从ARM7说起)ARM7TDMI基于ARM体系结构V4版本，是目前低端的ARM核。具有广泛的应用，其最显著的应用为数字移动电话。注意：“ARM核”并不是芯片，ARM核与其它部件如RAM、ROM、片内外设组合在一起才能构成现实的芯片。-精品文档-n简介 ARM7TDMI支持32位寻址范围，并弥补了ARM6不能在低于5V电源电压下工作的不足。ARM7TDMI的后缀意义为：支持高密度16位的Thumb指令集；支持片上调试；支持64位乘法；支持Embeded-ICE观察硬件；ARM7TDMI 的可综合（synthesizable）版本（软核），对应用工程师来说其编程模型

20、与ARM7TDMI 一致；ARM7 T D M I-S2.2 ARM7TDMI-精品文档-n简介 ARM7TDMI处理器是ARM通用32位微处理器家族的成员之一。它具有优异的性能，但功耗却很低，使用门的数量也很少。它属于精简指令集计算机（RISC），比复杂指令集计算机（CISC）要简单得多。这样的简化实现了：高的指令吞吐量；出色的实时中断响应；小的、高性价比的处理器宏单元。2.2 ARM7TDMI-精品文档-n三级流水线 ARM7TDMI处理器使用流水线来增加处理器指令流的速度。这样可使几个操作同时进行，并使处理和存储器系统连续操作，能提供0.9MIPS/MHz的指令执行速度。ARM7TDMI

21、的流水线分3级，分别为：取指译码执行2.2 ARM7TDMI-精品文档-n存储器访问 ARM7TDMI处理器使用了冯诺依曼（Von Neumann）结构，指令和数据共用一条32位总线。只有装载、存储和交换指令可以对存储器中的数据进行访问。数据可以是字节（8位）、半字（16位）或者字（32位）。2.2 ARM7TDMI-精品文档-ARM系列微处理器核特点ARM7ARM7TDMI：整数处理核ARM7TDMI 处理器的可综合版本；ARM720T：带MMU的处理器核心，支持操作系统；ARM7EJ-S：带有DSP和Jazelle TM 技术，能够实现Java加速功能l 冯诺伊曼体系结构；l ARMTDM

22、I是目前应用最广的微处理器核l ARM720T带有MMU和8KB的指令数据混合cache；l ARM7EJ-执行ARMv5TEJ指令，5级流水线，提供Java加速指令，没有存储器保护。ARM9ARM920T：带有独立的16KB 数据和指令Cache；ARM922T：带有独立的8位KB 数据和指令Cache；ARM940T包括更小数据和指令Cache和一个MPUl 基于ARM9TDMI，带16位的Thumb指令集，增强代码密度最多到35%；l 在0.13m工艺下最高性能可达到300MIPS（Dhrystone 2.1测试标准）；l 集成了数据和指令Chche；l 32位AMBA总线接口的MMU支

23、持；l 可在0.18m、0.15m和0.13m工艺的硅芯片上实现。ARM系列处理器比较-精品文档-ARM9EARM926EJ-S：Jazelle 技术，有MMU，可配置的数据和指令Cache,TCM接口；ARM946E-S：可配置的数据和指令Cache及TCM;ARM966E-S：针对要求高性能和低功耗的可预测的指令执行时间的硬实时应用设计 ARM968E-S：最小、功耗最小的 ARM9E系列处理器，针对嵌入式实时应用设计；lARM9E是针对微控制器、DSP和Java的单处理器解决方案；lARM Jazelle 技术提供 8倍的 Java 加速性能(ARM926EJ-S)；l5-级整数流水线；

24、l在0.13m工艺下最高性能可达到300MIPS（Dhrystone 2.1测试标准）；l可选择的 向量浮点单元VFP9 协处理器指令优秀海浮点性能，对于3D图形加速和实时控制可达到 215MFLOPS。l高性能的AHB总线，带MMUl可在0.18m,0.15m,0.13m工艺的硅芯片上实现。ARM10EARM1020E：带DSP指令集，在片调试功能，独立的32KB数据和指令Cache，MMU支持；ARM1022E：与ARM1020E相同，只是独立的数据和指令Cache变为16KB；ARM1026EJ-S：同时具有MPU和MMU，可综合版本；l带分支预测的6级整数流水线；l在0.13m工艺下最

25、高性能可达到430MIPS（Dhrystone 2.1测试标准）；l对于3D图形运算和实时控制采用VFP协处理器，浮点运算性能最高可达650MFLOPS；l双64位AMBA总线接口和64位内部总路线接口；l优化的缓存结构提高了处理器访问低速存储器的性能；l可在0.18m,0.15m,0.13m工艺的硅芯片上实现ARM系列处理器比较-精品文档-ARM11ARM11 MPCore：可综合的多处理器核，1至4个处理器可配置；ARM1136J(F)-S：可配置的数据和指令Cache，可提供1.9位的MPEG4编码加速功能；ARM1156T2(F)-S：带集成浮点协处理器，带内存保护单元MPU；ARM1

26、176JZ(F)-S：带针对CPU和系统安全架构扩展的TrustZone技术。l增强的Thumb、Jazelle、DSP扩展支持；l带片上和系统安全TrustZone 技术支持；l在0.13m工艺下最高可达到550MHz；lMPCore在0.13m工艺下最高性能可达到740MIPS（Dhrystone 2.1测试标准）；l支持多媒体指令SIMD；l采用三种电源模式：全速/待命/休眠l集成DMA的TCMl低功耗、高性能。SecurCoreSC100：第一个32位安全处理器；、SC110：在SC100上增加密钥协处理器；SC200：带Jazelle技术的高级安全处理器；SC210：在SC200上增

27、加密钥协处理器lSecurCore是专门为智能卡、安全IC提供的32位安全处理器，为电子商务、银行、网络、移动多媒体、公共交通提供安全解决方案；l体积小、功耗低，代码压缩密度高；l为快速增长的Java卡平台提供Java加速功能；ARM系列处理器比较-精品文档-CortexCortex-A：面向应用的微处理器，针对复杂操作系统和应用程序设计；Cortex-R：针对实时系统的嵌入式处理器；Cortex-M：针对成本敏感应用优化的深度嵌入式处理器；l2004年发布，提供增强的媒体和数字处理能力，增加了系统性能；l支持ARM、Thumb、Thumb-2指令集；lThumb-2指令集提供了更高的代码存储

28、密度，进一步降低成本；Intel系列StrongARM：ARMv4体系XScale：ARMv5TE体系，增加MMX指令lStrongARM主要应用于手持设备和PDA，5级流水线，具有独立的数据和指令Cache，不支持Thumb指令集，目前已停产；lXScale是目前Intel公司主推的高性能嵌入式处理器，分通用处理器、网络处理器和I/O处理器三类。其中通用处理器有PXA25x、PXA26x、PXA27x三个系列，被广泛应用于智能手机、PDA领域。ARM系列处理器比较-精品文档-第2章 目录q1.ARM简介q2.ARM7TDMIq3.ARM7TDMI的模块和内部框图q4.体系结构直接支持的数据类

29、型q5.处理器状态q6.处理器模式q7.内部寄存器q8.程序状态寄存器q9.异常q10.复位q11.存储器及存储器映射I/O-精品文档-2.3 ARM7TDMI功能信号图 总线控制总线控制配置配置MCLKnIRQnFIQnRESETBUSENBIGENDISYNCnWAITVDDVSSAPEDBE协处理器接口协处理器接口存储器管理存储器管理存储器接口存储器接口ABORTnOPCCPBCPAnCPInTRANSnM4:0MAS1:0nRWnMREQLOCKSEQnENOUTA31:0DOUT31:0DIN31:0D31:0电源电源时钟时钟中断中断ARM7TDMI内核内核-精品文档-2.3 系统内

30、部结构图 ARM7TDMI处理器部件和主要信号路径的框图如图所示。它内部由：n处理器核n用于边界扫描的TAP控制器n在线仿真器ICE组成。ARM7TDM内核内核TAP 控制器控制器JTAG 接口数据总线控制信号D31:0地址总线A31:0DIN31:0DOUT31:0总线总线分割器分割器EmbeddedICE逻辑逻辑双向数据总线D31：0被分割成单向输入和输出总线，以便于与外部存储器兼容。-精品文档-2.3 ARM7TDMI的模块和内核框图ARM7TDMI模块地址寄存器寄存器组31*32位寄存器（6个状态寄存器）地址增量器乘法器桶形移位器32位ALU写数据寄存器指令流水线读数据寄存器Thumb

31、指令译码器指令译码和逻辑控制ADDR31:0CLKCLENCFGBIGENDnIRQnFIQnRESETABORTLOCKWRITESIZE1:0PROT1:0TRANS1:0DBG输出DBG输入CP控制CP握手WDATA31:0RDATA31:0扫描调试控制A总线B总线ALU总线增量器总线PC总线32位ALU31个32位通用寄存器、6个32位状态寄存器328位乘法器3232位桶形移位寄存器指令译码和逻辑控制指令流水线数据/地址寄存器-精品文档-外部地址产生PC31:2 ARM StatePC31:1 Thumb StateALU31:0INC自增器自增器A31:0向量向量0 x1C0 x00

32、地址地址寄存器寄存器-精品文档-第2章 目录q1.ARM简介q2.ARM7TDMIq3.ARM7TDMI的模块和内部框图q4.体系结构直接支持的数据类型q5.处理器状态q6.处理器模式q7.内部寄存器q8.程序状态寄存器q9.异常q10.复位q11.存储器及存储器映射I/O-精品文档-2.4 体系结构直接支持的数据类型n体系结构直接支持的数据类型ARM处理器支持下列数据类型：字节 8位半字 16位（必须分配为占用两个字节）字 32位（必须分配为占用4各字节）1112342-精品文档-n体系结构直接支持的数据类型注意：V4版本之后的ARM结构都支持这3种结构（包括V4版本），而以前的版本只支持字

33、节和字；当数据类型定义为无符号型时，N位数据值使用正常的二进制格式表示范围为02N-1的非负整数；当数据类型定义为有符号型时，N位数据值使用2的补码格式表示范围为-2N-1+2N-1-1的整数；2.4 体系结构直接支持的数据类型-精品文档-n体系结构直接支持的数据类型注意：所有数据操作，例如ADD，都以字为单位；装载和保存指令可以对字节、半字和字进行操作，当装载字节或半字时自动实现零扩展或符号扩展；ARM指令的长度刚好是1个字（分配为占用4个字节），Thumb指令的长度刚好是半字（占用2个字节）。2.4 体系结构直接支持的数据类型-精品文档-第2章 目录q1.ARM简介q2.ARM7TDMIq

34、3.ARM7TDMI的模块和内部框图q4.体系结构直接支持的数据类型q5.处理器状态q6.处理器模式q7.内部寄存器q8.程序状态寄存器q9.异常q10.复位q11.存储器及存储器映射I/O-精品文档-2.5 处理器状态n处理器状态 ARM7TDMI处理器内核使用V4T版本的ARM结构，该结构包含32位ARM指令集和16位Thumb指令集。因此ARM7TDMI处理器有两种操作状态：ARM状态：32位，这种状态下执行的是字方式的ARM指令；Thumb状态：16位，这种状态下执行半字方式的ARM指令。注意：两个状态之间的切换并不影响处理器模式或寄存器内容。-精品文档-n处理器状态 使用BX指令将A

35、RM7TDMI内核的操作状态在ARM状态和Thumb状态之间进行切换（详见第4章），程序如下所示。;从Arm状态切换到Thumb状态 LDR R0,=Lable+1 BX R0;从Thumb状态切换到ARM状态 LDR R0,=Lable BX R0地址最低位为1，表示切换到Thumb状态地址最低位为0，表示切换到ARM状态跳转地址标号2.5 处理器状态-精品文档-第2章 目录q1.ARM简介q2.ARM7TDMIq3.ARM7TDMI的模块和内部框图q4.体系结构直接支持的数据类型q5.处理器状态q6.处理器模式q7.内部寄存器q8.程序状态寄存器q9.异常q10.复位q11.存储器及存储器

36、映射I/O-精品文档-2.6 处理器模式n处理器7种模式-精品文档-2.6 处理器模式n特权模式处理器模式说明备注 用户 (usr)正常程序工作模式不能直接切换到其它模式 系统 (sys)用于支持操作系统的特权任务等与用户模式类似，但具有可以直接切换到其它模式等特权 快中断 (fiq)支持高速数据传输及通道处理FIQ异常响应时进入此模式 中断 (irq)用于通用中断处理IRQ异常响应时进入此模式 管理 (svc)操作系统保护代码系统复位和软件中断响应时进入此模式 中止 (abt)用于支持虚拟内存和/或存储器保护在ARM7TDMI没有大用处 未定义 (und)支持硬件协处理器的软件仿真未定义指令

37、异常响应时进入此模式 除用户模式外，其它模式均为特权模式。ARM内部寄存器和一些片内外设在硬件设计上只允许（或者可选为只允许）特权模式下访问。此外，特权模式可以自由的切换处理器模式，而用户模式不能直接切换到别的模式。未定义 (und)中止 (abt)管理 (svc)中断 (irq)快中断 (fiq)系统 (sys)-精品文档-n异常模式处理器模式说明备注 用户 (usr)正常程序工作模式不能直接切换到其它模式 系统 (sys)用于支持操作系统的特权任务等与用户模式类似，但具有可以直接切换到其它模式等特权 快中断 (fiq)支持高速数据传输及通道处理FIQ异常响应时进入此模式 中断 (irq)用

38、于通用中断处理IRQ异常响应时进入此模式 管理 (svc)操作系统保护代码系统复位和软件中断响应时进入此模式 中止 (abt)用于支持虚拟内存和/或存储器保护在ARM7TDMI没有大用处 未定义 (und)支持硬件协处理器的软件仿真未定义指令异常响应时进入此模式 未定义 (und)中止 (abt)管理 (svc)中断 (irq)快中断 (fiq)这五种模式称为异常模式。它们除了可以通过程序切换进入外，也可以由特定的异常进入。当特定的异常出现时，处理器进入相应的模式。每种异常模式都有一些独立的寄存器，以避免异常退出时用户模式的状态不可靠。2.6 处理器模式-精品文档-n用户和系统模式处理器模式说

39、明备注 用户 (usr)正常程序工作模式不能直接切换到其它模式 系统 (sys)用于支持操作系统的特权任务等与用户模式类似，但具有可以直接切换到其它模式等特权 快中断 (fiq)支持高速数据传输及通道处理FIQ异常响应时进入此模式 中断 (irq)用于通用中断处理IRQ异常响应时进入此模式 管理 (svc)操作系统保护代码系统复位和软件中断响应时进入此模式 中止 (abt)用于支持虚拟内存和/或存储器保护在ARM7TDMI没有大用处 未定义 (und)支持硬件协处理器的软件仿真未定义指令异常响应时进入此模式 这两种模式都不能由异常进入，而且它们使用完全相同的寄存器组。系统模式是特权模式，不受用

40、户模式的限制。操作系统在该模式下访问用户模式的寄存器就比较方便，而且操作系统的一些特权任务可以使用这个模式访问一些受控的资源。系统 (sys)用户 (usr)2.6 处理器模式-精品文档-第2章 目录q1.ARM简介q2.ARM7TDMIq3.ARM7TDMI的模块和内部框图q4.体系结构直接支持的数据类型q5.处理器状态q6.处理器模式q7.内部寄存器q8.程序状态寄存器q9.异常q10.复位q11.存储器及存储器映射I/O-精品文档-2.7 内部寄存器n简介 在ARM处理器内部有37个32位用户可见的寄存器。在不同的工作模式和处理器状态下，程序员可以访问的寄存器也不尽相同。-精品文档-寄存

41、器类别寄存器在汇编中的名称各模式下实际访问的寄存器用户系统管理中止未定义中断快中断通用寄存器和程序计数器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiq*R9(SB,v6)R9R9_fiq*R10(SL,v7)R10R10_fiq*R11(FP,v8)R11R11_fiq*R12(IP)R12R12_fiq*R13(SP)R13R13_svc*R13_abt*R13_und*R13_irq*R13_fiq*R14(LR)R14R14_svc*R14_abt*R14_und*R14_irq

42、*R14_fiq*R15(PC)R15状态寄存器R16(CPSR)CPSRSPSR无SPSR_abt SPSR_abt SPSR_und SPSR_irq SPSR_fiqARM状态各模式下的寄存器-精品文档-寄存器类别寄存器在汇编中的名称各模式下实际访问的寄存器用户系统管理中止未定义中断快中断通用寄存器和程序计数器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP

43、)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15状态寄存器CPSRCPSRSPSR无SPSR_abt SPSR_abt SPSR_und SPSR_irq SPSR_fiqARM状态各模式下的寄存器SPSR_fiqSPSR_irqSPSR_undSPSR_abtSPSR_abtCPSRR15R14_fiqR14_irqR14_undR14_abtR14_svcR14R13_fiqR13_irqR13_undR13_abtR

44、13_svcR13R12_fiqR12R11_fiqR11R10_fiqR10R9_fiqR9R8_fiqR8R7R6R5R4R3R2R1R0所有的37个寄存器，分成两大类：31个通用32位寄存器；6个状态寄存器。-精品文档-寄存器类别寄存器在汇编中的名称各模式下实际访问的寄存器用户系统管理中止未定义中断快中断通用寄存器和程序计数器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_f

45、iqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15状态寄存器CPSRCPSRSPSR无SPSR_abt SPSR_abt SPSR_und SPSR_irq SPSR_fiq无CPSRR15R14R13R12R11R10R9R8R7R6R5R4R3R2R1R0用户用户无CPSRR15R14R13R12R11R10R9R8R7R6R5R4R3R2R1R0系统系统SPSR_abtCPSRR15R14_svcR13

46、_svcR12R11R10R9R8R7R6R5R4R3R2R1R0管理管理SPSR_abtCPSRR15R14_abtR13_abtR12R11R10R9R8R7R6R5R4R3R2R1R0中止中止SPSR_undCPSRR15R14_undR13_undR12R11R10R9R8R7R6R5R4R3R2R1R0未定义未定义SPSR_irqCPSRR15R14_irqR13_irqR12R11R10R9R8R7R6R5R4R3R2R1R0中断中断SPSR_fiqCPSRR15R14_fiqR13_fiqR12_fiqR11_fiqR10_fiqR9_fiqR8_fiqR7R6R5R4R3R2R

47、1R0快中断快中断ARM状态各模式下可以访问的寄存器-精品文档-寄存器类别寄存器在汇编中的名称各模式下实际访问的寄存器用户系统管理中止未定义中断快中断通用寄存器和程序计数器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svc

48、R14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15状态寄存器CPSRCPSRSPSR无SPSR_abt SPSR_abt SPSR_und SPSR_irq SPSR_fiq一般的通用寄存器R13_fiqR13_irqR13_undR13_abtR13_svcR13R12_fiqR12R11_fiqR11R10_fiqR10R9_fiqR9R8_fiqR8R7R6R5R4R3R2R1R0 在汇编语言中寄存器R0R13为保存数据或地址值的通用寄存器。它们是完全通用的寄存器，不会被体系结构作为特殊用途，并且可用于任何使用通用寄存器的指令。-精品文档-寄存器类别寄存器在汇编

49、中的名称各模式下实际访问的寄存器用户系统管理中止未定义中断快中断通用寄存器和程序计数器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR14_fiqR15(PC)R15状态寄存器

50、CPSRCPSRSPSR无SPSR_abt SPSR_abt SPSR_und SPSR_irq SPSR_fiq一般的通用寄存器R13_fiqR13_irqR13_undR13_abtR13_svcR13R12_fiqR12R11_fiqR11R10_fiqR10R9_fiqR9R8_fiqR8R7R6R5R4R3R2R1R0R7R6R5R4R3R2R1R0 其中R0R7为未分组的寄存器，也就是说对于任何处理器模式，这些寄存器都对应于相同的32位物理寄存器。-精品文档-寄存器类别寄存器在汇编中的名称各模式下实际访问的寄存器用户系统管理中止未定义中断快中断通用寄存器和程序计数器R0(a1)R0