一、ARM架构概述
ARM（Advanced RISC Machine）是一种精简指令集（RISC） 架构。和51单片机相比，主要有几个区别：
| 对比项 | 51单片机 | ARM |
|---|---|---|
| 位数 | 8位 | 32位 |
| 指令集 | CISC风格 | RISC精简指令集 |
| 寄存器数量 | 少 | 多（通用寄存器+状态寄存器） |
| 工作模式 | 单一 | 多种模式 |
| 异常处理 | 简单 | 规范的异常向量表 |
ARM主要用于手机、平板、嵌入式设备，是当前最主流的嵌入式架构之一。
二、Cortex-A寄存器
ARM的寄存器分为通用寄存器和状态寄存器两大类。
2.1 通用寄存器
Cortex-A内核有 R0 ~ R15 共16个通用寄存器，其中几个有特殊用途：
| 寄存器 | 别名 | 作用 |
|---|---|---|
| R0 ~ R12 | — | 通用数据寄存器，随便用 |
| R13 | SP | Stack Pointer，栈指针，指向当前栈顶 |
| R14 | LR | Link Register，链接寄存器，保存函数返回地址 |
| R15 | PC | Program Counter，程序计数器，存下一条指令地址 |
R0 ~ R12 是普通工作寄存器，存数据、传参数都可以。
R13(SP) 管栈，压栈弹栈都靠它。
R14(LR) 管返回地址，函数执行完靠它跳回去。
R15(PC) 管下一条指令，程序"往下走"靠它。
2.2 状态寄存器
ARM有两个状态寄存器，容易混淆：
| 寄存器 | 全称 | 作用 |
|---|---|---|
| CPSR | Current Program Status Register | 当前程序状态 |
| SPSR | Saved Program Status Register | 保存的程序状态 |
CPSR 保存当前程序的状态，包括：
-
条件标志位：N（负）、Z（零）、C（进位）、V（溢出）
-
中断屏蔽位：I（IRQ禁止）、F（FIQ禁止）
-
运行模式位：当前处于哪种模式
-
指令集状态：ARM状态 / Thumb状态
SPSR 只在异常模式下才存在。当异常发生时，CPU 自动把异常前的 CPSR 存进 SPSR；异常处理完，再从 SPSR 恢复回 CPSR。
三、ARM工作模式
ARM有多种工作模式，不同模式权限不同、能访问的寄存器也不同。
| 模式 | 名称 | 用途 |
|---|---|---|
| User | 用户模式 | 普通程序运行模式，权限最低 |
| FIQ | 快速中断模式 | 处理高速中断，优先级最高 |
| IRQ | 普通中断模式 | 处理普通中断 |
| Supervisor | 管理模式 | 系统复位、软中断后进入 |
| Abort | 中止模式 | 存取异常时进入 |
| Undefined | 未定义模式 | 执行未定义指令时进入 |
| System | 系统模式 | 特权模式，和User共用寄存器 |
前6种叫异常模式，普通程序运行在 User模式，出了事情（中断、异常）就切到对应的异常模式。
四、异常模式与异常向量表
4.1 什么是异常
异常是打断正常程序执行的事件，包括：中断（IRQ/FIQ）、软中断（SWI）、复位、取指/取数出错、未定义指令等。
发生异常时：
-
把当前 CPSR 保存到 SPSR
-
切换到对应的异常模式
-
跳到异常向量表中对应的入口地址
-
处理完异常，恢复 CPSR，返回原程序
4.2 异常向量表
异常向量表是一张固定的地址表，每个异常对应一个入口：
| 地址 | 异常 |
|---|---|
| 0x00 | 复位 |
| 0x04 | 未定义指令 |
| 0x08 | 软中断（SWI） |
| 0x0C | 取指中止 |
| 0x10 | 取数中止 |
| 0x14 | 保留 |
| 0x18 | IRQ中断 |
| 0x1C | FIQ中断 |
CPU遇到异常时，自动跳到对应地址去执行处理代码。
五、指令集与数据类型
5.1 数据类型
ARM支持以下基本数据类型：
| 类型 | 位数 | 说明 |
|---|---|---|
| 字节 | 8位 | Byte |
| 半字 | 16位 | Halfword |
| 字 | 32位 | Word |
5.2 指令集
ARM有几种指令集状态：
| 指令集 | 说明 |
|---|---|
| ARM指令集 | 32位指令，功能全，效率高 |
| Thumb指令集 | 16位指令，代码密度高，省空间 |
| Thumb-2 | 16/32位混合，兼顾性能和空间 |
ARM和Thumb可以切换，通过 CPSR 中的 T 位控制。
六、封装模式（大小端）
ARM支持大端和小端两种存储模式：
| 模式 | 低地址存什么 | 举例 0x12345678 |
|---|---|---|
| 小端 | 低位字节 | 78 56 34 12 |
| 大端 | 高位字节 | 12 34 56 78 |
ARM默认是小端模式，可以通过配置切换。
七、今日总结
今天学了ARM基础，核心要点如下：
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Cortex-A寄存器：R0~R12通用，R13=SP（栈指针），R14=LR（返回地址），R15=PC（下一条指令）
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状态寄存器：CPSR是当前状态，SPSR是异常现场存档
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工作模式：User（用户）+ 6种异常模式（FIQ、IRQ、Supervisor、Abort、Undefined、System）
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异常向量表：每种异常对应固定入口地址，异常发生自动跳转
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数据类型：字节（8位）、半字（16位）、字（32位）
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指令集：ARM（32位）、Thumb（16位）、Thumb-2（混合）
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大小端：ARM默认小端，可配置为大端
转载自 CSDN-专业IT技术社区
原文链接：https://blog.csdn.net/2401_85242990/article/details/165485805
