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学习ARM体系结构相关知识，首先推荐阅读ARM官方文档《ARM Architecture Reference Manual 》，本文内容也是来源于官方参考手册，以下只是我提炼总结出一些重要部分，然后加上自己一些理解。当然内容不够全面，如果想更全面具体学习了解建议还是去看一下官方文档。

ARM是什么？

ARM有两层含义：

1. 公司的名称 Advanced RISC Machines
2. 处理器类别

ARM公司介绍

• 成立于1990年11月，前身为 Acorn计算机公司(任天堂8位游戏机CPU)
• 主要设计ARM系列RISC处理器内核，授权ARM内核给生产和销售半导体的合作伙伴
• ARM 公司不生产芯片，提供基于ARM架构的开发设计技术
• 软件工具, 评估板, 调试工具,应用软件,总线架构, 外围设备单元，等等

ARM处理器

ARM是一家设计处理器的公司，这家公司设计的处理器统称为ARM系列处理器内核，采用用的指令集是RISC（精简指令集）， 授权ARM内核给生产和销售半导体的合作伙伴，出售知识产权，ARM 公司不生产芯片。

ARM处理器特点是采用精简指令集，指令数量少，设计相对简单，能耗较低，在移动终端应用很广。

ARM体系结构主流芯片

• 高性能方向
• Samsung（三星）
• S5PV210 Cortex-A9核
• Freescale（飞思卡尔）
• i.MX512/ i.MX513/ i.MX515 Cortex-A8核
• QSD8650A/ QSD8672（Snapdragon系列）
• 低功耗、低成本的微控制器方向
• Cortext-M3
• Stm32系列
• Cortex-M1
• Cortex-M0
• 实时方向
• Cortex-R4
• 安全方向
• SecurCore
• SC200 （ARM9）
• SC100 （ARM7）

ARM编程模型（基于Cortex-A9）

ARM的数据和指令类型

ARM采用的是32位架构。

数据类型大小：

• Byte：8位
• Word：32位
• Halfword：16位
• Doubleword：64位 （cortext-A）

提供两种指令集：

• ARM指令集，32位
• Thumb指令集，16位

ARM的工作状态

Arm的工作状态可以分为两种：

• 第一种 ARM状态 ，处理器执行32位的ARM指令。.arm
• 第二种 Thumb状态，执行16位，半字对齐的Thumb指令。

存储器格式

四字节对齐

ARM体系结构地址是从零地址开始的字节线性组合。

从0地址处到3地址处存放第一个字的数据，然后从4地址处到7地址处存放第二个字的数据。

大小端

大端(big-endian):低地址处存放高位的数据

小端(little-endian):低地址处存放低位的数据

举个例子：比如 0x12345678

如何用C语言实现判断存储格式是大端还是小端？

 1. #include<stdio.h>  
 2. #include<stdlib.h>  
 3. int main()  
 4. {  
 5.  int i = 1;  
 6.     (*(char *)&i == 1) ? printf("Little-endian/n") : printf("Big-end ian/n");  
 7.  
 8.  return 0;  
 9. }  
 

ARM处理器的工作模式

现代CPU必须具备的几个功能：

• ①　运行程序
• ②　处理中断异常
• ③　权限管理

ARM处理器的八种工作模式，我们把这八种工作模式以CPU的功能去划分：

1.正常运行

• 用户模式(user)： 正常执行程序，大部分任务处于这种模式下
• 系统模式(system)：运行特权级别任务程序
• 特权模式(SVC)：当复位或者软中断指令执行时进入这种模式，是一种保护 模式。

2.中断

• 快速中断模式(FIQ):高优先级（FAST）中断产生时进入这种模式，用于高速 数据传输和通道处理。
• 外部中断模式(IRQ):一个普通中断产生时进入这种模式。一般中断处理。

3.异常

• 数据访问终止模式(ABT):当存储异常时进入这种模式。用于虚拟存储和存储 保护。
• 未定义指令终止模式(UND):当执行未定义的指令时进入这种模式。

4.Monitor （Cortex -A）

• 监控模式(MON): 运行安全软件，安全模式。

注意：

• 除了user模式其它模式都属于特权模式。
• 除了用户模式系统模式之外，都属于异常模式。

ARM状态寄存器组织

如上图，Cortex-A系列CPU一共有40个32位寄存器。

什么叫做寄存器？

寄存器是软硬件接口，是存储单元。

CPU内部寄存器也是存储单元，通过寄存器地址来访问寄存器内容。

每一种CPU模式下对应有一组可以操作的寄存器。

任何模式下都有以下寄存器可以存取：

• ①　R0~R12
• ②　R13，the Stack Pointer,SP,栈指向，
• ③　R14，the Link Register，LR,链路寄存器
• ④　R15，the Program Pointer，PC,程序指针
• ⑤　CPSR,the Current Program Status Register，当前状态寄存器
• ⑥　另外，特权模式(除了系统和用户模式)还有一个SPSR,the Saved Program Status Register，保存状态寄存器。

寄存器分组

• R0~R7，未分组寄存器，对于所有的CPU模式下，未分组寄存器对应的都是同一的物理寄存器。
• R8~R14，分组寄存器。可以访问的物理寄存器取决于当前CPU工作的模式。
• 对于R8~R12,有一组专门用于FIQ模式，其它模式都是使用同一组物理寄存器。
• 对于R13~R14，除了user和system模式共有物理寄存器，其它6种模式都各自有一组自己的物理寄存器。
• R13，SP,栈指向寄存器，指向栈的栈顶。
• R14，LR,链路寄存器，指向子函数返回的地址。

CPSR 程序状态寄存器

CPSR，用来保存当前程序的状态的寄存器

SPSR,程序状态保存寄存器，每一种CPU异常模式(除了system和user)下对应有一个自己的SPSR寄存器，用来在异常产生时保存CPSR寄存器的值，以便在异常之后恢复CPSR的值。所以格式和CPSR一模一样。

好，那么我们来看看CPSR/SPSR寄存器各个bit的具体含义：

组成如下：

• 28~31位，是 ALU(Arithmetic Logic Unit，算术逻辑单元)结果状态标志备份
• 0~4位， 当前的处理器模式
• 6~7位，中断使能标志位
• 第5位，设置处理器的状态

ALU结果状态标志位[31:28]：

中断禁止位：

• I = 1: 禁止 IRQ.
• F = 1: 禁止 FIQ

T 位：

• T = 1; 处理器处于 Thumb状
• T = 0; 处理器处于 ARM 状态

Mode位(M0~M4)：处理器模式位

• 10000 User mode;
• 10001 FIQ mode;
• 10011 SVC mode;
• 10111 Abort mode;
• 11011 Undfined mode;
• 11111 System mode;
• 10110 Monitor mode;
• 10010 IRQ mode;