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ARM处理器的2种工作状态和7种工作模式
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作者:
unix155
时间:
2021-9-16 10:22
标题:
ARM处理器的2种工作状态和7种工作模式
两种工作状态
' [% q3 H$ V& Y+ }1 U) q
1、ARM状态：32位，ARM状态执行字对齐的32位ARM指令。
7 A+ G/ u1 O! J" N
6 G# X* H7 I% m! \
2、Thumb状态，16位，执行半字对齐的16位指令。
; s& C3 y( p4 `4 a3 H
* y8 t1 F9 V" U6 |5 e) G" L
3、用Bx Rn指令来进行两种状态的切换：
/ d% y7 ]/ M3 o- Y9 g
# X/ Z, U8 a4 D- B5 R/ e
其中Bx是跳转指令，而Rn是寄存器（1个字，32位），如果Rn的位0为1，则进入Thumb状态；如果Rn的位为0，这进入ARM状态。（原 因：ARM指令的后两位始终为0，没有用，而Thumb指令的后一位始终为0，没有用，因此采用位0来表示ARM指令与Thumb指令的切换标志位。）
: h9 L" e2 {1 @
& a0 R+ L! D* B
注：1、ARM和Thumb两种状态之间的切换不影响处理器的工作模式和寄存器的内容。
( h& }# D- B+ k' I* @# n2 i) `
# c" h- _6 k2 }' w
2、ARM处理器在处理异常时，不管处理器处于什么状态，则都将切换到ARM状态。（**********）
) v' d9 z. }6 K- q) ~: J
/ ~# J- w' Q. j8 W. f5 O0 s2 c
另外：ARM的M系列主要用Thumb指令，ARM9和A系列主要用ARM指令
1 L7 U: F8 `" v' A o3 Y0 _
0 J4 ^. o$ y+ K* w) q7 F V
S3C2440.S启动代码中根本就没用Thumb指令
9 b; k/ X; a6 @5 ~% `3 s) i
/ f7 X. z; W: c7 I& t- f7 s3 }" `
! n( p6 Q$ i! q8 O8 v t6 a- z* ~
ARM处理器共有7种工作模式
' I7 p+ ?# f* M) C+ h2 p* w
表3-1 ARM处理器工作模式
4 y/ D# x9 h4 {
/ r3 V: D" L2 o. _8 Z
1.png
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2021-9-16 10:22 上传
CPU的模式可以简单的理解为当前CPU的工作状态，比如：当前操作系统正在执行用户程序，那么当前CPU工作在用户模式，这时网卡上有数据到达，产生中断信号，CPU自动切换到一般中断模式下处理网卡数据（普通应用程序没有权限直接访问硬件），处理完网卡数据，返回到用户模式下继续执行用户程序。
/ T8 {9 f8 j* m* ?% u
9 o- p6 |0 p$ \# h& H& b @
特权模式
% v6 [ V3 m4 C3 R# |0 M: ?! s% q2 F" t
3 P4 d6 b) S# W
除用户模式外，其它模式均为特权模式（Privileged Modes）。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。
$ V, v: b4 w7 a9 m
+ l9 A, T. b$ Y9 g
异常模式
: Z6 p! D7 _+ Q1 \/ f- n
) F. B3 p. \$ l" Q. v3 g* i6 o+ y
特权模式中除系统（system）模式之外的其他5种模式又统称为异常模式。它们除了可以通过在特权下的程序切换进入外，也可以由特定的异常进入。比如硬件产生中断信号进入中断异常模式，读取没有权限数据进入中止异常模式，执行未定义指令时进入未定义指令中止异常模式。其中管理模式也称为超级用户模式，是为操作系统提供软中断的特有模式，正是由于有了软中断，用户程序才可以通过系统调用切换到管理模式。
5 {9 [ s6 \- p0 S1 c
# C, s2 D1 V3 R+ G! l Y% M
7种工作模式介绍
* {! r8 H; y5 U; a
（1）用户模式：
6 O) V1 x: W: V: Y2 j G8 a
! p, n: M& G- O6 V! P/ ~
用户模式是用户程序的工作模式，它运行在操作系统的用户态，它没有权限去操作其它硬件资源，只能执行处理自己的数据，也不能切换到其它模式下，要想访问硬件资源或切换到其它模式只能通过软中断或产生异常。
* i5 ~* R7 w% ~- i
. P7 W$ x' ]& u
（2）系统模式：
* W; \2 ?" w, R2 I2 H3 x$ C# I( p
4 S6 J3 s6 m4 I# {
系统模式是特权模式，不受用户模式的限制。用户模式和系统模式共用一套寄存器，操作系统在该模式下可以方便的访问用户模式的寄存器，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。
4 b0 u1 Y+ P' ~1 _7 M0 S, N- h
% g2 A: h6 z# }" Q) K7 c/ M
说明：用户模式与系统模式两者使用相同的寄存器，都没有SPSR（Saved Program Statement Register，已保存程序状态寄存器），但系统模式比用户模式有更高的权限，可以访问所有系统资源。
0 x3 C: y: o$ B; V0 I
（3）一般中断模式：
1 _4 Q0 q; z& c) }- W
) Z! b! M7 N$ P% C" a
一般中断模式也叫普通中断模式，用于处理一般的中断请求，通常在硬件产生中断信号之后自动进入该模式，该模式为特权模式，可以自由访问系统硬件资源。
. }" `0 J, d. O8 Z z
; ]1 ~" ~8 J$ Q
（4）快速中断模式：
! w! m; ?, f- U/ T- D
& F1 Z# o3 F3 |
快速中断模式是相对一般中断模式而言的，它是用来处理对时间要求比较紧急的中断请求，主要用于高速数据传输及通道处理中。
2 h7 O$ c2 F* w. j- L
# }. N# G) \. X8 z, x* q U7 n
（5）管理模式（Supervisor，SVC） ：
: |2 B0 y3 X( D- t
8 s9 c# D, Q7 A
管理模式是CPU上电后默认模式，因此在该模式下主要用来做系统的初始化，软中断处理也在该模式下。当用户模式下的用户程序请求使用硬件资源时，通过软件中断进入该模式。
' h) s/ W# U- _# `
8 { @- @; w" n' M7 m
说明：系统复位或开机、软中断时进入到SVC模式下。
! x* [% v9 z5 ], T: H! A I% ?0 W
（6）终止模式：
" ?2 _( C6 k1 e# u6 V) k
3 k& p$ g- J q/ p# c$ N* l0 e
中止模式用于支持虚拟内存或存储器保护，当用户程序访问非法地址，没有权限读取的内存地址时，会进入该模式，linux下编程时经常出现的segment fault通常都是在该模式下抛出返回的。
6 ~* C% Q/ w2 T* g; v1 [
' G* S2 I% R! x& M1 F& k# N
（7）未定义模式：
3 ?& M9 z, ` g4 c+ v% W- N
: t/ g. C( T- S# ~/ o
未定义模式用于支持硬件协处理器的软件仿真，CPU在指令的译码阶段不能识别该指令操作时，会进入未定义模式。
) }6 C- m+ m& L& C% B# e# n
: G% H$ v) ~0 l
说明：
3 `- G" x5 u1 ]9 ^5 |
+ {# p; P$ I; J' z" a
1、用户模式外，其它6种模式称为特权模式。所谓特权模式，即具有如下权利：
: y2 s! E, e. a4 e- A
0 U" r8 U% L$ V3 e0 n B
a.MRS（把状态寄存器的内容放到通用寄存器）；
0 U* D5 }8 u( |2 v
. b. p2 I# g" J `4 _+ Q
b.MSR（把通用寄存器的内容放到状态寄存器中）。
- W* J! U a( p) k/ e4 J+ n$ B
: L. C& o. v4 {: j
由于状态寄存器中的内容不能够改变，因此要先把内容复制到通用寄存器中，然后修改通用寄存器中的内容，再把通用寄存器中的内容复制给状态寄存器中，即可完成“修改状态寄存器”的任务。
% _; H7 {$ N" d
! Z) Y, h0 N) C* z) n6 i
2、剩下的六种模式中除去系统模式外，统称为异常模式。
. a3 W8 d' U4 n4 {# k3 Y$ E
' _/ s: d# @5 j B, A
0 T0 A' s$ P) f/ Z ~* Z
- [9 k8 U: E, {. f9 f4 M- g
作者:
jspij1
时间:
2021-9-16 11:02
系统模式是特权模式，不受用户模式的限制
作者:
hunterccc
时间:
2021-9-16 11:19
用户模式是用户程序的工作模式，它运行在操作系统的用户态
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