《ARM指令集》教学课件.pptVIP

*************************************ARM和Thumb状态切换使用BX指令切换ARM和Thumb状态间切换1指令集状态位(T位)存储当前执行状态2最低位指示状态0表示ARM，1表示Thumb3模式切换时机函数调用或返回时常见4ARM处理器通过BX(BranchandExchange)和BLX(Branch,LinkandExchange)指令在ARM和Thumb状态之间切换。这些指令检查目标地址的最低位：如果为0，处理器进入ARM状态；如果为1，处理器进入Thumb状态。实际跳转时，目标地址的最低位会被忽略(ARM指令按4字节对齐，Thumb指令按2字节对齐)。这种机制允许无缝混合使用两种指令集。状态切换通常发生在函数边界，整个函数通常使用一种指令集编写。例如，性能关键的代码可能使用ARM指令集以获得最大效率，而空间关键的代码使用Thumb以减小尺寸。链接器和编译器协同工作，正确处理不同指令集的函数调用，确保在函数调用时使用适当的BX或BLX指令。现代ARM编译器通常默认生成Thumb-2代码，但允许通过编译选项控制特定函数或模块的指令集选择，实现性能和代码大小的最佳平衡。栈操作PUSH指令PUSH伪指令用于将寄存器值保存到栈上，格式为PUSH{register_list}。例如，PUSH{R0-R3,LR}将R0、R1、R2、R3和LR五个寄存器的值压入栈中。这实际上是STMDBSP!,{register_list}的简化形式，它使用预减模式：先减少SP(分配栈空间)，然后存储寄存器。PUSH指令从寄存器列表的最高编号开始存储，最低编号最后存储，这样在弹出时可以恢复原始顺序。POP指令POP伪指令用于从栈恢复寄存器值，格式为POP{register_list}。例如，POP{R0-R3,PC}将从栈中弹出值到R0、R1、R2、R3和PC寄存器。这是LDMIASP!,{register_list}的简化形式，使用后增模式：先加载当前SP指向的值，然后增加SP(释放栈空间)。POP到PC的特殊情况常用于函数返回，它直接从栈中加载返回地址到PC，实现函数返回和寄存器恢复的组合操作。栈框架构建典型函数的序言和尾声使用栈操作构建和释放栈帧。函数开始处通常使用PUSH{R4-R11,LR}保存被调用者保存的寄存器和返回地址；如需分配局部变量空间，可追加SUBSP,SP,#size。函数结束前，先释放局部变量空间(如有)：ADDSP,SP,#size，然后执行POP{R4-R11,PC}恢复寄存器并返回。这种标准模式确保函数调用的上下文正确保存和恢复，是可靠软件的基础。程序状态寄存器访问MRS指令MRS(MovetoRegisterfromStatusregister)指令用于将程序状态寄存器(CPSR或SPSR)的值读取到通用寄存器，格式为MRSRd,CPSR或MRSRd,SPSR。例如，MRSR0,CPSR将当前程序状态寄存器的值复制到R0。这使程序能够检查当前的处理器状态，包括条件标志位、中断禁用状态、处理器模式等。读取SPSR通常只在异常处理程序中有意义，用于获取异常发生前的程序状态。MSR指令MSR(MovetoStatusregisterfromRegister)指令用于将通用寄存器或立即数的值写入程序状态寄存器的指定字段，格式为MSRCPSR_fields,Rm或MSRCPSR_fields,#immediate。字段选择器可以是c(控制字段)、x(扩展字段)、s(状态字段)或f(标志字段)的组合。例如，MSRCPSR_f,R0只修改CPSR的标志位(N、Z、C、V)；MSRCPSR_c,#0x13切换到管理模式(SVC)。特权级限制CPSR访问受特权级限制：用户模式程序只能修改CPSR的标志位(f字段)，不能修改控制位如处理器模式或中断禁用位；而特权模式程序可以修改所有CPSR字段。这种机制保护了关键系统状态不被普通应用程序改变，是ARM安全模型的重要部分。直接操作CPSR通常仅在系统级代码(如操作系统内核或设备驱动)中使用，大多数应用程序不需要这种低级访问。条件执行标志位标志名称含义设置条件N负数标志结果为负数结果最高位为1Z零标志结果为零结果全部位为0C进位标志无符号溢出加法产生进位或减法无借位V溢出标志有符号溢出结果超出有符号表示范围条件标志位存储在程序状态寄存器(CPSR)中，记录了最近的带标志位更新指令(如A