嵌入式系统原理及应用第2章 ARM处理器体系结构.ppt

1. ARM9微处理器支持7种运行模式 （1）用户模式usr：ARM处理器正常程序执行模式，用户程序都在这种模式下执行。 （2）快速中断模式fiq：当一个高优先级的快速中断源产生中断时进入这种模式，主要用于高速数据传输或通道处理。 （3）普通中断模式irq：当一个普通优先级的中断源产生中断时进入这种模式，用于一般的中断事务处理。 （4）管理模式svc：当复位或软中断指令执行时将进入这种模式，是供操作系统使用的一种保护模式。 （5）数据访问终止模式abt：当数据或指令预取终止时进入该模式，用于虚拟存储及存储保护。 * 1. ARM9微处理器支持7种运行模式（续） （6）系统模式sys：供需要访问资源的操作系统任务使用，运行具有特权的操作系统任务。 （7）未定义指令终止模式und：当执行未定义的指令时进入该模式。 ARM处理器的运行模式可以在特权模式下通过软件改变，也可以通过外部中断和异常处理改变； 大多数的应用程序运行在用户模式下，当运行在用户模式下时，被保护的系统资源是不能访问的。 * 2. 特权模式与异常模式 （1）特权模式：除用户模式外，其余6种模式被称为特权模式。 用户模式的特点是，用户程序不能访问受操作系统保护的系统资源，也不能进行处理器模式的切换。 特权模式的特点是，应用程序可以访问所有的系统资源，可以任意地进行处理器模式的切换。 * （2）异常模式 异常模式：除用户和系统模式外，其余被称为异常模式。 系统模式的特点是，不能通过异常进入该模式，可以访问系统的所有资源，可以任意地进行处理器模式的切换。 异常模式的特点是，以各自的异常方式或中断方式进入，并且处理各自异常或中断。对于管理模式SVC异常进入方式和处理的内容有： 系统上电复位或按下RESET按钮后进入管理模式。处理任务有ARM系统初始化，关闭中断、设置系统3个总线的频率、配置动态存储器SDRAM、各种运行模式下堆栈区的设置、各个模块的初始化、为C/C++应用程序提供运行环境等。 当执行软中断指令SWI异常时，也可进入管理模式。 * 3. 处理器运行模式间的切换 处理器运行模式间有2种切换方式：一是通过软件控制进行切换，二是由外部中断或内部的异常触发进行切换。前者是通过编写软件来实现的，后者是自动触发的。系统启动时运行模式的转换流程如下： 1）上电复位或按复位按钮，进入到管理模式，此时主要工作是关闭中断，设置系统3个总线的频率、配置动态存储器SDRAM等。 2）设置1）模式下的堆栈指针后，通过使用软件改变CPSR的最低5bit的模式控制位 M[4:0]，即模式字，系统进入某种特权模式，设置它的堆栈指针；再一次的改变模式字，进入相应的运行模式，进行该模式的堆栈指针设置，直到设置完所有模式下的堆栈指针等。注意：此期间系统一直处于特权模式下。 * 3）最后通过软件模式字的更改，使系统进入到用户模式工作，运行应用系统的软件。 此时若各种异常模式产生了异常，进入相应的异常模式处理，处理完后返回到异常发生时的模式程序处，继续执行原异常模式程序。 注意：异常模式是有优先级的，如果同时产生异常，优先级高的模式优先处理执行；另外，模式优先级高的可以在模式级低的模式中产生异常，处理完后返回原处。 ARM处理器在每一种处理器模式下均有一组相应的寄存器与之对应。即在任意一种处理器模式下，可访问的寄存器包括15个通用寄存器（R0～R14）、一至二个状态寄存器和程序计数器。在所有的寄存器中，有些是在7种处理器模式下共用的同一个物理寄存器，而有些寄存器则是在不同的处理器模式下有不同的物理寄存器。 * 2.6 ARM9体系结构的寄存器组织 ARM处理器的37个物理寄存器被安排成部分重叠的组，不能在任何模式都可以使用，寄存器的使用与处理器状态和工作模式有关。如图2-4所示，每种处理器模式使用不同的寄存器组。 其中15个通用寄存器（R0～R14）、1或2个状态寄存器和程序计数器是通用的。图2-4中有背景阴影的寄存器均为独立的物理寄存器，R0～R14、PC、CPSR这17个寄存器也是独立的物理寄存器，共有37个物理寄存器。 * * 寄存器结构图 2.6.1 通用寄存器 通用寄存器（R0～R15）可分成不分组寄存器R0～R7、分组寄存器R8～R14和程序计数器R15 三类。 1. 未分组寄存器8个（R0～R7） 在所有的运行模式下，未分组寄存器都指向同一物理寄存器，它们没有被系统作特殊的用途。 在中断或异常处理进行运行模式转换时，由于不同的微处理器运行模式均使用相同的物理寄存器，可能会造成寄存器中数据的破坏，这点在程序设计时要引起注意。 未分组寄存器R0～R7是真正的通用寄存器，可以工作在所有的处理器模式下，