ARM处理器模式切换（含MRS，MSR指令）

1.1.1   ARM处理器模式切换（含MRS，MSR指令）

除了用户模式和系统模式，其余模式下都有一个私有SPSR保存状态寄存器，用来保存切换到该模式之前的执行状态，之所以用户模式和系统模式没有SPSR是因为，通常CPU大部分时间执行在用户模式下，当产生异常或系统调用时会分别切换进入另外几种模式，保存用户模式下的状态，当切换回原先模式时，直接回复SPSR的值到CPSR就可以了，因此，用户模式和系统模式下不需要SPSR，其详细操作查看下节异常处理。

以上几种模式通过CPSR里的M[4:0]位进行区分，如图3-1所示：

图3-1 CPSR控制位

通过向模式位M[4:0]里写入相应的数据切换到不同的模式，在对CPSR，SPSR寄存器进行操作不能使用mov，ldr等通用指令，只能使用特权指令msr和mrs。

在ARM处理器中，只有MRS（Move to Register from State register）指令可以对状态寄存器CPSR和SPSR进行读操作。通过读CPSR可以获得当前处理器的工作状态。读SPSR寄存器可以获得进入异常前的处理器状态（因为只有异常模式下有SPSR寄存器）。

例如：

MRS    R1，CPSR   ; 将CPSR状态寄存器读取，保存到R1中

MRS    R2，SPSR    ; 将SPSR状态寄存器读取，保存到R2中

通过MRS指令可以取得状态寄存器里的值，然后比较其模式位M[4:0]的值判断当前所处模式，当然也可以比较其它相应位了解当前CPU的状态。

同样，在ARM处理器中，只有MSR指令可以对状态寄存器CPSR和SPSR进行写操作。与MRS配合使用，可以实现对CPSR或SPSR寄存器的读-修改-写操作，可以切换处理器模式、或者允许/禁止IRQ/FIQ中断等。

由于xPSR寄存器代表了CPU的状态，其每个位有特殊意义，在执行对xPSR状态寄存器写入时（读取时不存在该用法），为了防止误操作和方便记忆，将xPSR里32位分成四个区域，每个区域用小写字母表示：

c  控制域屏蔽 psr[7..0]

x  扩展域屏蔽 psr[15..8]

s  状态域屏蔽 psr[23..16]

f  标志域屏蔽 psr[31..24]

注意：区域名必须为小写字母

向对应区域进行执行写入时，使用xPSR_x可以指定写入区域，而不影响状态寄存器其它位，如：

使能IRQ中断：

ENABLE_IRQ

    MRS    R0， CPSR            ; 将CPSR寄存器内容读出到R0

    BIC    R0， R0，#0x80     ; 清掉CPSR中的I控制位

    MSR    CPSR_c，R0          ; 将修改后的值写回 CPSR寄存器的对应控制域

    MOV    PC，LR                       ; 返回上一层函数

禁用IRQ中断：

DISABLE_IRQ

    MRS    R0 CPSR                          ; 将CPSR寄存器内容读出到R0

    ORR    R0， R0，#0x80    ; 设置CPSR中的I控制位

    MSR    CPSR_c，R0          ; 将修改后的值写回 CPSR寄存器的对应控制域

    MOV    PC，LR                          ; 返回上一层函数

下表列出了不同模式的二进制数表示：

表3-3 不同工作模式对应二进制

模式名

用户

快中断

中断

管理

中止

未定义

系统

M[4:0]

10000

10001

10010

10011

10111

11011

11111

在对开发板进行初始化时，用对不同模式指定其栈空间，下面例子对各模式的栈指针sp进行初始化：

stack_init                                                            ; 栈指针初始化函数

    @ undefine_stack                                       

    msr cpsr_c， #0xdb                                   ; 切换到未定义异常

    ldr        sp， =0x34000000                        ; 栈指针为内存最高地址，栈为倒生的栈

                                                                            ; 栈空间的最后1M 0x34000000~0x33f00000

    @ abort_stack                                                      

    msr cpsr_c， #0xd7                                   ; 切换到终止异常模式

    ldr        sp， =0x33f00000                         ; 栈空间为1M，0x33f00000~0x33e00000

    @ irq_stack                                                

    msr      cpsr_c，    #0xd2                           ; 切换到中断模式

    ldr        sp， =0x33e00000                        ; 栈空间为1M，0x33e00000~0x33d00000

    @ sys_stack                                               

    msr      cpsr_c，    #0xdf                                     ; 切换到系统模式

    ldr        sp， =0x33d00000                        ; 栈空间为1M，0x33d00000~0x33c00000

    msr      cpsr_c，    #0xd3                            ; 切换回管理模式

    mov pc， lr