上一篇介紹了關於學習ARM的開發環境以及工程檔案編譯過程，今天，學習了關於ARM的CPU工作模式以及ARM暫存器部分，現整理一下筆記。

一、ARM指令集與Thumb指令集

       ARM指令集的指令是32位的，但為了相容16位資料匯流排的應用系統和解決程式碼密度問題而提出了16位的Thumb指令集。程式碼密度就是單位儲存空間中包含的指令的個數。就例如1k的儲存空間能裝32條ARM指令，但能裝64條Thumb指令。所以，Thumb指令集可以大大節省了系統的儲存空間。

       但Thumb不是一個完整的體系結構，它不能實現ARM指令的全部功能，它必須要藉助於ARM指令集。因此，執行程式時，需要ARM工作狀態與Thumb 工作狀態之間進行切換。後來，推出了Thumb-2指令集

二、ARM CPU處理器模式

        ARM架構有9種處理器模式，其中有8種特權模式與1種非特權模式的使用者模式。（見下圖）

         （1）使用者模式下只能執行一般的指令，不能訪問受作業系統保護的資源。例如不能訪問硬體，不能訪問受保護的記憶體，不能訪問受保護的資料等等。而特權模式下，可以訪問所有系統資源而且可以進行直接模式切換。所有應用程式都只能在使用者模式進行，而且不能直接進行模式切換

        （2） 處理器模式可以通過軟體控制切換，外部中斷或異常處理過程切換。

         （3）下面簡單介紹一下幾個常見的模式：

                  FIQ模式：快速中斷模式，當一個高優先順序中斷產生時進入該模式，一般用於高速資料傳輸以及通道處理。

                  IRQ模式：外部中斷模式，當一個低優先順序中斷產生時進入該模式，一般用於通常中斷處理。

                 Svc模式：特權模式，當處理器復位引腳有效時，進入該模式，程式跳轉到復位異常中斷處理程式處執行。復位異常中斷通常  用於系統上電和系統復位兩種情況。還有軟中斷指令執行時，也進入該模式。軟中斷是通過一條具體指令SWI，引發中斷操作，實現從使用者模式切換到特權模式並執行特權程式。

                 SYS模式：系統模式，該模式不是異常處理進入，並且與使用者模式具有完全一樣的暫存器，用於執行作業系統的特權任務，這樣可以保證在異常發生時，維持作業系統的執行的特權任務能夠正常執行。

                  ABT模式：資料訪問終止模式，當資料訪問的目標地址不存在或不允許時， 儲存器就發出資料中止訊號，處理器接收到訊號進入該模式。

                Undef模式：未定義指令中止模式：未定義異常就是記憶體中的程式指令處理器識別不了，這時進入該模式。未定義指令異常可用於在沒有物理協處理器的系統上，對協處理器進行軟體模擬，或通過軟體模擬實現指令集擴充套件。為了更好的理解這個模式，先簡單引入協處理器的這個概念。協處理器是一種晶片,用於減輕系統微處理器的特定處理任務。最常使用的協處理器是用於控制片上功能的系統協處理器，例如快取記憶體儲存器管理單元等。舉個例子，在有浮點運算系統中，程式要進行浮點運算，ARM向協處理器發出指令，浮點協處理器收到指令會返回一個應答訊號，ARM收到應答訊號，繼續執行程式。如果在沒有浮點運算系統中，ARM沒有收到應答訊號，那就認為沒有相應的物理協處理器，就產生未定義指令異常，可通過軟體模擬硬體操作，可用浮點運算軟體模擬包來支援浮點運算。

三、各個cpu模式的暫存器

       ARM 處理器共有37個暫存器，其中包括31個通用暫存器，6個狀態暫存器。（都是32位暫存器）

      每一種異常模式都有一組專用暫存器。當應用程式發生異常中斷時，可以保證在進入異常模式時使用者模式的暫存器不被破壞。

           1.R0~R12 是通用暫存器，放通用資料，各個模式的R0~R12是與USR模式共享（除了FIQ,R8-R12）。注意：Thumb指令集下只能訪問R0~R7低暫存器。

           2.R13（SP）：堆疊指標暫存器，每一種異常模式都有其自己獨立的r13，指向各模式所對應的專用堆疊，這表明ARM處理器允許使用者程式有6個堆疊空間。

           3.R14（LP）：連線暫存器，儲存子程式返回地址，跳轉指令會自動把返回地址放入R14，子程式把R14複製到PC實現返回。將r14入棧可以處理巢狀中斷。

           4.R15（PC）：程式計數器，指令分為三個階段執行（取指，譯碼，執行）。PC計數器總是指向取指的指令，不是譯碼不是執行的指令。ARM每條指令4個位元組（32位），所以PC的值=當前程式執行位置+8位元組。

           5.APSR/CPSR：應用程式狀態暫存器（使用者模式下）/當前程式狀態暫存器（特權模式下），該暫存器就是用來儲存一些關於運算的資訊，包括，條件標誌位、中斷禁止位、當前處理器模式標誌和控制狀態位等。

       N - ALU負數       Z - ALU零位     C - ALU進位操作    V - ALU操作溢位    Q - 指示增強的DSP運算指令是否發生了溢位  

       J - 是否Jazelle狀態       GE[3:0] - SIMD指令使用         IT[7:2] - Thumb-2指令的if...then...條件執行   

       E - 操作儲存的位元組順序(大端模式、小端模式)       A - 是否禁止非同步abort              I - 是否禁止IRQ       

       F - 是否禁止FRQ         T - 是否使用Thumb指令集        M[4:0] - 當前cpu模式編碼

            6.SPSR：已儲存程式狀態暫存器。這個暫存器用於存放當前程式狀態暫存器的內容。在異常中斷退出時，可以用SPSR來恢復CPSR。由於使用者模式和系統模式不是異常中斷模式，所以USR沒有SPSR。

以上是我學習後整理的一些筆記，如果有任何錯誤，請各位大神指教。