ARM体系结构和异常处理方式

本文主要是介绍ARM体系结构和异常处理方式，对大家解决编程问题具有一定的参考价值，需要的程序猿们随着小编来一起学习吧！

 ARM 有7个基本工作模式:

•                  User :  非特权模式，大部分任务执行在这种模式 
•                  FIQ :    当一个高优先级（fast) 中断产生时将会进入这种模式 
•                  IRQ :    当一个低优先级（normal) 中断产生时将会进入这种模式
•                  SVC（Supervisor） : 当复位或软中断指令执行时将会进入这种模式
•                  Abort :  当存取异常时将会进入这种模式
•                  Undef :  当执行未定义指令时会进入这种模式
•                  System :  使用和User模式相同寄存器集的特权模式 

  注意

•                 除User（用户模式）是Normal（普通模式）外，其他6种都是Privilege（特权模 式）。 
•                 Privilege（特权模式）中除Sys模式外，其余5种为异常模式。 
•                 各种模式的切换，可以是程序员通过代码主动切换（通过写CPSR寄存器）；也可以是  CPU在某些情况下自动切换。 
•                 各种模式下权限和可以访问的寄存器不同

CPU为什么设计这些模式?

1. CPU是硬件，OS是软件，软件的设计要依赖硬件的特性，硬件的设计要考虑软件需要，便于实现软件特性。
2. 操作系统有安全级别要求，因此CPU设计多种模式是为了方便操作系统的多种角色安全等级需要。

ARM中的寄存器

*1.ARM总共有37个寄存器，但是每种模式下最多只能看到18个寄存器，在所有的寄存器中，有些是各模式共用同一个寄存器，有些寄存器是各个模式自己拥有独立的寄存器。

2.例如对r14这个名字来说，在ARM 中共有6个名叫r14（又叫SP）的寄存器，但是在每种特定处理器模式下，只有一个r14是当前可见的（也就是说每种模式下有一个专属于这个模式的r14），其他的r14 必须切换到其它的对应模式下才能看到，这种设计叫影子寄存器（banked register）。

3.ARM共有37个寄存器，都是32位长度，其中30个为通用的，1个固定用作PC，1个固定用作CPSR，5个固定用作五种异常模式下的SPSR。

arm各个寄存器的作用和功能可以参考这个博客https://blog.csdn.net/XiaoXiaoPengBo/article/details/78693811

ARM各个模式的寄存器如图：

 PC指针和SP指针

PC：Program Counter，是通用寄存器，但是有特殊用途，用来指向当前运行指令的下一条指令。

SP：Stack Pointer，堆栈指针，也是通用寄存器，用于入栈和出栈操作。

对于ARM7而言，是三级流水线结构，一条指令为4个字节大小，一条指令包含三个过程：Fetch（取指）、Decode（译指）、Execute（执行）。

CPU运行地址 = 当前PC值 = 当前程序执行位置 + 8；

对于ARM7而言，PC为R15，SP为R13。

PC不是指向正在执行的指令，而是始终指向下一个取指的指令。对于ARM7三级流水先结构和指令的三个过程，所以PC = 当前程序执行位置  + 8
 

什么是异常？

• 正常工作之外的流程都叫异常
• 异常会打断正在执行的工作，并且一般我们希望异常处理完成后继续回来执行原来的工作
• 中断是异常的一种

异常向量表：

• 所有的CPU都有异常向量表，这是CPU设计时就设定好的，是硬件决定的。
• 当异常发生时，CPU会自动动作（PC指针跳转到异常向量处处理异常，有时伴随一些辅助动作）。
• 异常向量表是硬件向软件提供的处理异常的支持。

中断向量：中断的地址的变量；

中断向量表：中断类型号与相应中断源的中断处理程序入口地址之间的连接表；

中断服务程序：中断时所执行的中断代码

*中断向量表定义的是什么？

*定义的就是中断服务程序的跳转指令，因为每个中断向量在向量表中只有很少字节的存储空间，所以通常存放跳转指令，使程序跳转到存储器的其他地方，再执行中断处理。这里cpu就可以找中断服务程序

当CPU产生了中断 ，CPU会先判断产生了什么类型的中断  然后就会去往 中断向量表的对应中断类型的地址中 查找接下来要进行的中断指令 然后跳转到存储该类型中断服务函数的地址 执行

ARM中断向量表和响应更加深入的内容可以参考这篇博客：https://blog.csdn.net/honour2sword/article/details/40213417

<--这就是ARM的中断向量表图示 左侧为地址（因为ARM是32位所以是4字节对齐）

例如：若发生了普通中断 ，PC指针会去到中断向量表的 IRQ地址处， 然后跳转到 IRQ对应的存储器的某个存放中断服务函数的地址 然后执行中断服务函数

这篇关于ARM体系结构和异常处理方式的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对大家有所帮助，也希望大家多多支持为之网！