嵌入式处理器-2.3

目标：了解ARM处理器的工作状态，工作模式，寄存器结构，理解ARM处理器的异常处理，数据类型和存储格式，以及内存管理单元（MMU）和存储器保护单元（MPU）的含义和功能。
1.ARM处理器的工作状态及切换
在ARM体系结构中，处理器可以工作在3种不同的状态：一是ARM状态，二是Thumb状态以及Thumb-2状态，三是调试状态。
（1）ARM状态
ARM处理器工作于32位指令的状态。
（2）Thumb状态
ARM处理器工作于16位指令的状态。
值得注意的是：
①除Cortex-M外，所有的ARM处理器复位后开始执行代码时总是处于ARM状态。
②Cortex_M因为只有Thumb-2指令集，所以只有Thumb状态和调试状态两种。
（3）调试状态
处理器停机调试时进入调试状态。
（4）ARM与Thumb间的转换
①由ARM状态切换到Thumb状态
通过BX指令，将操作数寄存器最低位置1；
如果Thumb状态进入异常处理（异常处理要在ARM状态下进行），则当异常返回时，将自动切换到Thumb状态。
②Thumb状态与ARM状态间的转换
通过BX指令，将操作数寄存器最低位置0；
当处理器进行异常处理时，则从异常向量地址开始执行，将自动进入ARM状态。
2.ARM处理器的工作模式
ARM体系结构支持七种工作模式，取决于程序状态寄存器（CPSR）低五位的值。
具体参考P60的表格。
3.ARM处理器的寄存器组织
ARM处理器共有37个寄存器，包括31个通用寄存器和6个状态寄存器。
ARM处理器在不同模式下使用的寄存器有所不同。
相同之处：
①无论何种模式，R15均作为PC使用
②CPSR为当前程序状态寄存器
③R7~R0为公用的通用寄存器
不同之处：
高端7个通用寄存器和状态寄存器在不同模式下不同。
（1）ARM状态下的寄存器组织
①通用寄存器
②状态寄存器
PS:具体参考P62
（2）Thumb状态下的寄存器组织
高位寄存器R8~R12在Thumb状态不可见，在Thumb-2下可以使用。
（3）带MMU的ARM处理器中的控制寄存器
3.ARM处理器的异常
（1）ARM异常种类，异常向量表及优先级
复位异常的优先级最高。
（2）ARM异常的中断响应过程
（3）从异常处理程序中返回
具体参考P64。
4.ARM数据类型及存储格式
（1）ARM的两种存储字格式
①大端模式
高字节放在低地址，低字节放在高地址。
②小端模式
高字节放在高地址，低字节放在低地址。
系统复位时一般自动默认为小端模式，与大家熟悉的Intel 80x86一致。
（2）ARM存储器的数据类型
除Cortex-A50外，32位的ARM处理器中支持字节（8位），半字（16位），字（32位）。每一种又可分为有符号与无符号数，因此认为有6种数据类型。
ARM状态下，指令32位。
Thumb状态下，指令16位。
5.ARM处理器中的存储器管理单元（MMU）和存储器保护单元（MPU）
1.ARM处理器中的MMU
MMU能把系统中不同类型的存储器（如Flash,SRAM,SDRAM,ROM,优盘）进行统一管理（虚拟存储器技术）。
MMU功能：虚拟地址到物理地址的映射；存储器访问权限控制。
2.ARM处理器中的MPU
MPU是对存储器进行保护的可选组件。它提供了简单替代MMU的方法来管理存储器。