ARM中子程序调用是用跳转指铅槐亩令B、BL或BX,跳转到程序计数器PC的指向处,产生程序分支。正常的子程序调用属于用户模式。ARM 处理器中PC是对程序员开放的,所以可以把分支和子程序调用看成同一种 *** 作,因此没有专门的子程序调用指令。当使用BL指令跳转时,处理器自动把下一条指令的地址值拷贝到链接寄存器LR中。在执行跳转指令时,处理器并不保存状态寄存器CPSR。
处理器相应异常中断时,正常的程序流被暂时中止,处理器就进入异常,ARM中所有的异常都会引起中断。异常中断时处理器硬件自动把当前CPSR的状态存储到当前异常模式的特定SPSR中,以免中断处理程序在使用CPSR时改变原来的状态,从而对中断返回造成影响。进入异常中断处理程序时,应该保留中断时槐森的程序地址,以便中断结束时,返回到中断的正常位置,执行下一条指令。异常中断有很多类型,因而不同的异常中断有不同的模式,中断返回时的指令也不同。中断返回时,程序需要一条指令把SPSR中的内容恢复到CPSR中,如MOV PC, LR,执行此指令时,处理器会自动把SPSR中保存的程序状态拷贝到CPSR中。异常中断时,处理器自动把中断处地址保存到相应模式下的LR (R14)中,大多数保存在LR中的地址是:
LR保存的值二PC的值一8,但也有特殊情况。
软件异常中断时一个很灵活的软件功能,和子程序调用不同,软件异常中断吧程序导入管理模式,软件中断是异常中断的一种类型。软件中断是由指令SWI引起的。程序在执行这一指令后,进入异常中断,处理器响应中断,硬件执行过程如下:把下一条指令的地址拷贝给LR把程序状态寄存器CPSR拷贝给SPSR_svc强制进入管理模式强制进入到ARM状态;跳转到绝对地址Pc=0x00000008禁止IRQ中断。软件中断处理程序完成后,使用下列指令返回到原中断处。
(二)与基于51系列单片机的控制系统开发相比,基于ARM处理器的控制系统开发有何异同。(从指令系统、工作模式、寄存器分布和外围器件等方面比较)
(1)指令系统:
①51系列单片机采用8位数据结构,指令--8位,数据--8位,51系列单片机中指令的取指、数据的读写只使用一个地址值;
②ARM处理器采用32位数据结构,指令--32位ARM指令(ARM模式),16位Thumb指令(Thumb模式)数据--32位、16位、8位,ARM处理器中,指令的取值使用四个地址单元(ARM 模式)指令的取值使用两个地址单元(Thumb模式),数据的读写读写使用4、2、1个地址单元。
(2)工作模式
①51系列单片机只有一种模式,所有资源所有情况下都可利用;
②ARM处理器具有多种模式(用户模式、快速中断模式、标准中断模式、管理模式、中止模式、未定义模式、系统模式),只有特权模式可以可以访问和修改某些资源,用户模式不能够访问被保护起来的资源(如不能访问某些程序存储区,不能改写某些存储区),因此用户程序不会对系统造成干扰。
(3)寄存器分布
ARM状态时,ARM处理器中一般可使用的通用寄存器是R0-R12,而51系列中共有4组R0-R12ARM中所有寄存器都有累加器功能和间接寻址功能,通用寄存器比51系列强大一些。在51系列中,所有的重要功能指令都要用到累加器A,因此要不停地保护累加器A中数据,在ARM中不会出现这种清况。两者的程序计数器明告的使用极其意义是相同的,程序状态器含义是想近的,51系列中,程序状态一般是由累加器A决定的,因为A参与并保存 *** 作结果;ARM处理器中,则是由参与 *** 作的目标寄存器决定的。51系列中,堆栈指针是SP而在ARM处理器中,堆栈指针是R13。
Thumb状态下的寄存器是ARM状态下寄存器的一个子集,Thumb状态所能访问的寄存器少一些,Thumb状态下的寄存器的定义及其使用和ARM状态时相同的。
(4)外围器件
ARM不是单片机,而只是一个单片机的内核,ARM仅仅是单片机中的中央处理器,它有自己的指令代码集,可以通过执行代码控制外部设备,给ARM处理器设计出各种外部设备,用总线连接到一起,就组成了不同结构和性能的单片机。
各ARM体系结构版本ARM体系结构从最初开发到现在有了很大的改进,并仍在完善和发展。
为了清楚地表达每个ARM应用实例所使用的指令集,ARM公司定义了6种主要的ARM指令集体系结构版本,以版本号V1~V6表示
ARM版本Ⅰ: V1版架构
该版架构只在原型机ARM1出现过,只有26位的寻址空间,没有用于商业产品。
其基本性能有:
基本的数据处理指令(无乘法);
基于空者派字节、半字和字的Load/Store指令
转移指令,包括子程序调用及链接指令;
供 *** 作系统使用的软件中断指令SWI;
寻址空间:64MB(226)。
ARM版本Ⅱ: V2版架构
该版架构对V1版进行了扩展,例如ARM2和ARM3(V2a)架构。包含了对32位乘法指令和协处理器指令的支持。
版本2a是版本2的变种,ARM3芯片采用了版本2a,是第一片采用片上Cache的ARM处理器。同样为26位寻址空间,现在已经废弃不再使用。
V2版架构与版本V1相比,增加了以下功能:
乘法和乘加指令;
支持协处理器 *** 作指令;
快速中断模式;
SWP/SWPB的最基本存储器与寄存器交换指令
寻址空间:64MB。
ARM版本Ⅲ : V3版架构
ARM作为独立的公司,在1990年设计的第一个微处理器采用的是版本3的ARM6。它作为IP核、独立的处理器、具有片上高速缓存、MMU和写缓冲的集成CPU。
变种版本有3G和3M。版本3G是不与版本2a向前兼容的版本3,版本3M引入了有符号和无符号数乘法和乘加指令,这些指令产生全部64位结果。
V3版架构( 目前已废弃 )对ARM体系结构作了较大的改动:
寻址空间增至32位(4GB);
当前程序状态信息从原来的R15寄存器移到当前程序状态寄存器CPSR中(Current Program Status Register)
增加了程序状态保存寄存器SPSR(Saved Program Status Register);
增加了两种异常模式,使 *** 作系统代码可方便地使用数据访问中止异常、指令预取中止异常和未定义指令异常。;
增加了MRS/MSR指令,以访斗贺问新增的CPSR/SPSR寄存器;
增加了从异常处理返回的指令功能。
ARM版本Ⅳ : V4版架构
V4版架构在V3版上作了进一步扩充,V4版架构是目前应用最广的ARM体嫌旦系结构,ARM7、ARM8、ARM9和StrongARM都采用该架构。
V4不再强制要求与26位地址空间兼容,而且还明确了哪些指令会引起未定义指令异常。
指令集中增加了以下功能:
符号化和非符号化半字及符号化字节的存/取指令;
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