S3C2440体系架构[通俗易懂]

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

本文是对ARM处理器架构的学习，针对S3C2440型号。参考了Samsung官方的技术文档S3C2440.pdf中的PROGRAMMER’S MODEL一节的内容。

ARM和THUMB指令模式

S3C2440采用了armv4t指令集，同时支持arm指令集和thumb指令集。arm指令是32位的，而thumb指令是16位的。之所以存在thumb指令是为了降低代码的存储空间。

两个指令集之间的切换

• 手动切换
  因为不管是arm指令集还是thumb指令集，代码地址的最低位都是多余的，因为thumb是16位对齐的，arm是32位对齐的。所以最后一位可以用来作为切换的参考。当执行BX指令时，若地址的最后一位置位，则接下来的指令使用thumb指令集来解释，跳转时，最后一位清零，则使用arm指令集。

• 自动切换
  在特权模式下只能使用arm指令集，所以当在用户模式下执行thumb指令时，若跳转到特权模式时，将会自动切换到arm指令模式。当从特权模式切换回用户模式时，如果进入之前是thumb指令集，那么就是自动切换回thumb指令集。

数据存储格式
S3C2440同时支持大小端数据存储格式，默认情况下采用小端格式储存。

• 大端储存
  高字节存储在低地址中，低字节存储在高地址中。

• 小端存储
  高字节存储在高地址中，低字节存储在低地址中。

操作模式

ARM920T支持七种操作模式：

• 用户模式

• 快中断模式

• 中断模式

• 管理者模式

• 中止模式

• 系统模式

• 未定义模式

模式转换可以通过软件的形式，也可以自动进行切换，比如产生了中断。除了用户模式，其它模式都是特权模式，有些资源只能在特权模式下使用。

寄存器

ARM920T总共有37个寄存器，同一时间不是所以的寄存器都是可见的。

ARM模式下的寄存器

thumb模式下的寄存器

在thumb模式下，不是所有的寄存器都是被使用的，R8-R12寄存器没有被使用。

虽然thumb模式下按规定R8-R12寄存器不能被使用，但是编译器能够使用这些寄存器作为快速存储。

状态寄存器

CPSR和SPSR是ARM920T中的两个状态寄存器，SPSR是用来临时保存CPSR寄存器的值的。

状态寄存器的作用

• 保存最近ALU计算信息

• 控制中断的开启和关闭

• 设置处理器的模式

异常处理

在ARM中，所有打断程序正常执行的事件都称为异常，中断也是属于异常。在进入异常的时候，硬件会自动执行如下的操作；但是当退出异常时，下列的操作是由我们自己编写软件实现的。

进入异常

1.保留下一个指令地址到合适的LR寄存器（哪种异常发生就将其保存在该模式下的LR寄存器中）。

2.复制CPSR到合适的SPSR中（哪种异常发生就将其保存在该模式下的SPSR寄存器中）。

3.设置CPSR中的模式位

4.PC从相应中断向量表中获取地址

退出异常

1.将LR中的值减去一个偏移量赋给PC

2.将SPSR的值拷贝到CPSR中

3.如果在进入时设置了中断禁止标志，清除禁止标志

举例说明：

HandleIRQ:
    sub lr, lr, #4 @ 计算返回地址
    stmdb   sp!,    { r0-r12,lr }   @ 保存使用到的寄存器
                                    @ 注意，此时的sp是中断模式的sp
                                    @ 初始值是上面设置的3072

    ldr lr, =int_return             @ 设置调用ISR即EINT_Handle函数后的返回地址  
    ldr pc, =EINT_Handle            @ 调用中断服务函数，在interrupt.c中
int_return:
    ldmia   sp!,    { r0-r12,pc }^  @ 中断返回, ^表示将spsr的值复制到cpsr

在中断处理函数EINT_Handle中需要将中断挂起位给清除掉。

下表是在退出各种异常时需要执行的返回函数：

中断向量表地址

下表是中断向量表的地址，这些地址是规定好的，不能自己更改。

异常优先级

当多个异常同时发生时，有一个固定的优先级来决定哪一个先被执行。

高优先级

1. Reset
2. Data abort 
3. FIQ
4. IRQ
5. Prefetch abort

低优先级

6. Undefined Instruction，Software interrupt