深入理解 ARM 体系结构：从基础到高级

在当今嵌入式系统世界中，ARM 处理器占据着至关重要的地位。它们以其强大的性能、低功耗和广泛的应用而闻名。为了充分利用 ARM 处理器的强大功能，深入理解其基础至关重要。本文将深入探讨 ARM 体系结构的基础，包括运行模式、寄存器、指令系统、汇编以及异常和中断处理。

ARM 运行模式

ARM 处理器具有不同的运行模式，以支持各种操作。这些模式包括：

• 用户模式 (USR) ：用于运行用户代码。它是最限制的模式，没有访问受保护的系统资源。
• 特权模式 (SVC) ：用于执行操作系统和设备驱动程序等特权代码。它提供了对系统资源的完全访问权限。
• 中止模式 (ABORT) ：用于处理未定义指令和数据中止异常。
• 异常模式 (EXCEPT) ：用于处理中断、异常和错误。
• 管理模式 (IRQ) ：用于管理异常和中断。
• 系统模式 (SYS) ：用于配置和管理系统。

寄存器

ARM 处理器具有广泛的寄存器，用于存储指令、数据和状态信息。这些寄存器包括：

• 程序计数器 (PC) ：存储要执行的下一条指令的地址。
• 栈指针 (SP) ：存储当前栈帧的地址。
• 链接寄存器 (LR) ：存储返回地址。
• 程序状态寄存器 (PSR) ：存储处理器的状态信息，如当前运行模式、中断使能和标志。
• 通用寄存器 (R0-R15) ：存储一般用途的数据。

指令系统

ARM 指令系统是一个强大的指令集，用于执行各种操作。这些指令包括：

• 数据传输指令 ：在寄存器、内存和外围设备之间移动数据。
• 算术和逻辑指令 ：执行算术和逻辑运算。
• 控制流指令 ：控制程序流。
• 异常和中断指令 ：处理异常和中断。

汇编

汇编语言是一种低级语言，用于将人类可读的指令转换为机器代码。汇编程序将汇编代码翻译成二进制指令，供处理器执行。ARM 汇编语言具有以下特征：

• 基于寄存器 ：操作数直接存储在寄存器中。
• ARM 指令集 ：支持广泛的 ARM 指令。
• 伪指令 ：提供用于汇编过程的特殊指令。

异常和中断处理

异常和中断是处理处理器异常情况的机制。异常由处理器内部条件触发，例如未定义指令或数据中止。中断由外部事件触发，例如外围设备请求服务。ARM 处理器具有一个异常和中断处理机制，用于：

• 识别异常或中断 ：确定导致中断或异常的原因。
• 保存状态 ：将当前处理器状态保存在堆栈中。
• 跳转到处理程序 ：跳转到处理异常或中断的特定处理程序。
• 处理异常或中断 ：执行必要的操作以响应异常或中断。
• 恢复状态 ：从堆栈中恢复先前的处理器状态。

结论

深入理解 ARM 体系结构的基础对于充分利用 ARM 处理器的强大功能至关重要。本文探讨了运行模式、寄存器、指令系统、汇编以及异常和中断处理等关键概念。掌握这些概念将使开发人员能够构建高效、可靠且功能强大的嵌入式系统。