ARM处理器的2种工作状态和7种工作模式及37个寄存器介绍

在安卓支持三类处理器ARM、Intel和MIPS里面，ARM无疑被使用得最为广泛。那么ARM处理器到底是怎样工作的呢？本文主要跟大家来详细的介绍ARM处理器的两种工作状态和七种工作模式，最后奉上ARM处理器37个寄存器的详细介绍。

1、ARM状态：32位，ARM状态执行字对齐的32位ARM指令。

2、Thumb状态，16位，执行半字对齐的16位指令。

3、用Bx Rn指令来进行两种状态的切换：

其中Bx是跳转指令，而Rn是寄存器（1个字，32位），如果Rn的位0为1，则进入Thumb状态；如果Rn的位为0，这进入ARM状态。（原 因：ARM指令的后两位始终为0，没有用，而Thumb指令的后一位始终为0，没有用，因此采用位0来表示ARM指令与Thumb指令的切换标志位。）

注：1、ARM和Thumb两种状态之间的切换不影响处理器的工作模式和寄存器的内容。

2、ARM处理器在处理异常时，不管处理器处于什么状态，则都将切换到ARM状态。

另外：ARM的M系列主要用Thumb指令，ARM9和A系列主要用ARM指令

S3C2440.S启动代码中根本就没用Thumb指令

CPU的模式可以简单的理解为当前CPU的工作状态，比如：当前操作系统正在执行用户程序，那么当前CPU工作在用户模式，这时网卡上有数据到达，产生中断信号，CPU自动切换到一般中断模式下处理网卡数据（普通应用程序没有权限直接访问硬件），处理完网卡数据，返回到用户模式下继续执行用户程序。

特权模式

除用户模式外，其它模式均为特权模式（Privileged Modes）。ARM 内部寄存器 和一些 片内外设 在硬件设计上只允许（或者可选为只允许）特权模式下访问。此外，特权模式可以自由的切换处理器模式，而用户模式不能直接切换到别的模式。

异常模式

特权模式中除系统（system）模式之外的其他5种模式又统称为异常模式。它们除了可以通过在特权下的程序切换进入外，也可以由特定的异常进入。比如硬件产生中断信号进入中断异常模式，读取没有权限数据进入中止异常模式，执行未定义指令时进入未定义指令中止异常模式。其中管理模式也称为超级用户模式，是为操作系统提供软中断的特有模式，正是由于有了软中断，用户程序才可以通过系统调用切换到管理模式。

（1）用户模式：

用户模式是用户程序的工作模式，它运行在操作系统的用户态，它没有权限去操作其它硬件资源，只能执行处理自己的数据，也不能切换到其它模式下，要想访问硬件资源或切换到其它模式只能通过软中断或产生异常。

（2）系统模式：

系统模式是特权模式，不受用户模式的限制。用户模式和系统模式共用一套寄存器，操作系统在该模式下可以方便的访问用户模式的寄存器，而且操作系统的一些特权任务可以使用这个模式访问一些受控的资源。

说明：用户模式与系统模式两者使用相同的寄存器，都没有SPSR（Saved Program Statement Register，已保存程序状态寄存器），但系统模式比用户模式有更高的权限，可以访问所有系统资源。

（3）一般中断模式：

一般中断模式也叫普通中断模式，用于处理一般的中断请求，通常在硬件产生中断信号之后自动进入该模式，该模式为特权模式，可以自由访问系统硬件资源。

（4）快速中断模式：

快速中断模式是相对一般中断模式而言的，它是用来处理对时间要求比较紧急的中断请求，主要用于高速数据传输及通道处理中。

（5）管理模式（Supervisor，SVC） ：

管理模式是CPU上电后默认模式，因此在该模式下主要用来做系统的初始化，软中断处理也在该模式下。当用户模式下的用户程序请求使用硬件资源时，通过软件中断进入该模式。

说明：系统复位或开机、软中断时进入到SVC模式下。

（6）终止模式：

中止模式用于支持虚拟内存或存储器保护，当用户程序访问非法地址，没有权限读取的内存地址时，会进入该模式，linux下编程时经常出现的segment fault通常都是在该模式下抛出返回的。

（7）未定义模式：

未定义模式用于支持硬件协处理器的软件仿真，CPU在指令的译码阶段不能识别该指令操作时，会进入未定义模式。

ARM微处理器共有37个32位寄存器，其中31个为通用寄存器，6个为状态寄存器。但是这些寄存器不能被同时访问，具体哪些寄存器是可以访问的，取决ARM处理器的工作状态及具体的运行模式。但在任何时候，通用寄存器R14~R0、程序计数器PC、一个状态寄存器都是可访问的。

下面这幅图就是ARM中的37 个寄存器

下面这幅图是 7种工作模式下每个模式下的寄存器列表：

ARM状态下的通用寄存器与程序计数器

ARM状态下的程序寄存器

通用寄存器

通用寄存器

1、不分组寄存器（R0-R7）

2、分组寄存器（R8-R14）

程序计数器R15（PC）

不分组通用寄存器

R0-R7是不分组寄存器。这意味着在所有处理器模式下，访问的都是同一个物理寄存器。不分组寄存器没有被系统用于特别的用途，任何可采用通用寄存器的应用场合都可以使用未分组寄存器。

分组寄存器R8-R12

1、FIQ模式分组寄存器R8-R12

2、FIQ以外的分组寄存器R8-R12

分组寄存器R13、R14

1、寄存器R13通常做堆栈指针SP

2、寄存器R14用作子程序链接寄存器（Link Register-LR），也称为LR，指向函数的返回地址。

程序计数器

寄存器R15被用作程序计数器，也称为PC。其值等于当前正在执行的指令的地址+8（因为在取地址和执行之间多了一个译码的阶段）。

状态寄存器