1、肇 慶 學 院電子信息與機電工程 學院 實驗日期： 2015 年 11 月 30 日班級：12電氣1班 姓名：李俊杰 學號： 19 老師評定:_ _ 實驗二：ARM處理器工作模式實驗一、實驗目的通過實驗掌握學會使用MSR/MRS指令實現(xiàn)ARM處理器工作模式的切換，觀察不同模式下的寄存器，加深對CPU結構的理解。通過實驗掌握ld中如何使用命令行指定代碼段起始地址。二、實驗設備硬件：PC機。軟件：Embest IDE Pr0 2004集成開發(fā)環(huán)境，Windows 98/2000/NT/XP。三、實驗內(nèi)容通過ARM匯編指令，在各種處理器模式下切換并觀察各種模式下寄存器的區(qū)別。掌握ARM不同模式的進入

2、與退出。四、實驗原理1ARM處理器模式ARM體系結構支持表3-2所列的7種處理器模式。在軟件控制下可以改變模式，外部中斷或異常處理也可以引起模式發(fā)生改變。大多數(shù)應用程序在用戶模式下執(zhí)行。當處理器工作在用戶模式時，正在執(zhí)行的程序不能訪問某些被保護的系統(tǒng)資源，也不能改變模式，除非異常發(fā)生。這允許適當編寫操作系統(tǒng)來控制系統(tǒng)資源的使用。 圖2-1除用戶模式外的其他模式稱為“特權模式”，它們可以自由地訪問系統(tǒng)資源和改變模式。其中的5種稱為“異常模式”，即FIQ(Fast Interrupt Request)、IRQ(lnterrupt Request)、管理(Supervisor)、中止(Abort)和

3、未定義(Undefined)。當特定的異常出現(xiàn)時，進入相應的模式。每種模式都有某些附加的寄存器，以避免異常出現(xiàn)時用戶模式的狀態(tài)不可靠。剩下的模式是“系統(tǒng)模式”。僅ARM體系結構V4以及以上的版本有該模式。不能由于任何異常而進入該模式。它與用戶模式有完全相同的寄存器，但它是特權模式，不受用戶模式的限制。它供需要訪問系統(tǒng)資源的操作系統(tǒng)任務使用，但希望避免使用與異常模式有關的附加寄存器。避免使用附加寄存器保證了當任何異常出現(xiàn)時，都不會使任務的狀態(tài)不可靠。2程序狀態(tài)寄存器3.2節(jié)提到的程序狀態(tài)寄存器CPSR和SPSR包含了條件碼標志、中斷禁止位、當前處理器模式以及其他狀態(tài)和控制信息。每種異常模式都有一

4、個程序狀態(tài)保存寄存器SPSR。當異常出現(xiàn)時，SPSR用于保留CPSR的狀態(tài)。3本實驗涉及到的Id命令行參數(shù)-Ttext org使用org作為輸出文件的text段的起始地址。org必須是十六進制數(shù)。實驗操作步驟(1)參考3.1節(jié)實驗A的步驟(1)建立一個新的工程，命名為ARMMode。(2)參考3.1節(jié)實驗A的步驟(2)和實驗參考程序編輯輸入源代碼。編輯完畢后，保存文件為ARMMode.s。(3)選擇菜單項Project- Add To Project- Files，或在工程管理窗口右擊選擇快搪菜單命令，打開文件選擇對話框，在工程目錄下選擇剛才建立的源文件ARMMode.s。(4)參考3.1節(jié)實

5、驗A的步驟(4)進行相應設置。注意：在鏈接器設置選項卡的Link Options框內(nèi)，手動加上“-Ttext Ox0”，即指定代碼段起始地址為Ox0，如圖3-8所示。(5)參考3.1節(jié)實驗A的步驟(5)生成目標代碼。(6)在調(diào)試設置選項卡中的Download address文本框內(nèi)，輸入的下載地址應該與鏈接器設置中指定的代碼段起始地址相同，以保證程序能夠正常執(zhí)行，如圖3-9所示。(7)選擇菜單項DebugRemote Connect連接軟件仿真器，執(zhí)行Download命令下載程序，并打開寄存器窗口。(8)單步執(zhí)行，觀察并記錄寄存器RO和CPSR值的變化，以及每次變化后執(zhí)行寄存器賦值后36個寄存

6、器值的變化情況，尤其注意各個模式下R13和R14的值。結合實驗內(nèi)容和相關資料，觀察程序運行，通過實驗加深理解ARM各種狀態(tài)下寄存器的使用。理解和掌握試驗后，完成實驗練習題。圖2-2 五、實驗結果圖2-3 系統(tǒng)模式圖2-4 快中斷模式圖2-5管理模式圖2-6中止模式圖2-7普通中斷圖2-8未定義模式實驗參考程序.global _start.text_start: #-Setup interrupt/exception vectorsBReset_HandlerUndefined_Handler:BUndefined_Handler BSWI_HandlerPrefetch_Handler: BP

7、refetch_HandlerAbort_Handler: BAbort_Handler NOPIRQ_Handler:BIRQ_HandlerFIQ_Handler:BFIQ_HandlerSWI_Handler:MOV pc,lrReset_Handler: # into System modeMRS r0,CPSR /* 讀CPSR值 */ BIC r0,r0,#0x1f /* 清低5位 */ORR r0,r0,#0x1f /* 將模式設為系統(tǒng)模式 */MSR CPSR,r0 /*將r0寫入CPSR */MOV r0,#1 /*在系統(tǒng)模式初始化寄存器*/MOV r1,#2MOV r2,#

8、3MOV r3,#4MOV r4,#5MOV r5,#6MOV r6,#7MOV r7,#8MOV r8,#9MOV r9,#10MOV r10,#11MOV r11,#12MOV r12,#13MOV r13,#14MOV r14,#15 # into FIQ modeMRS r0,CPSRBIC r0,r0,#0x1fORR r0,r0,#0x11 /*將模式設為快中斷模式*/MSR CPSR,r0MOV r8,#16 /*在快中斷模式初始化寄存器 */MOV r9,#17MOV r10,#18MOV r11,#19MOV r12,#20MOV r13,#21MOV r14,#22 # i

9、nto SVC modeMRS r0,CPSRBIC r0,r0,#0x1fORR r0,r0,#0x13 /*將模式設為管理模式*/ MSR CPSR,r0MOV r13,#23 /*在管理模式初始化寄存器*/MOV r14,#24 # into Abort modeMRS r0,CPSRBIC r0,r0,#0x1fORR r0,r0,#0x17 /*將模式設為中止模式*/MSR CPSR,r0MOV r13,#25 /*在中止模式初始化寄存器*/MOV r14,#26# into IRQ modeMRS r0,CPSRBIC r0,r0,#0x1fORR r0,r0,#0x12 /* 將模式設為普通中斷模式*/MSR CPSR,r0MOV r13,#27 /* 在普通中斷模式初始化寄存器*/MOV r14,#28# into UNDEF modeMRS r0,CPSRBIC r0,r0,#0x1fORR r0,r0,#0x1b /*將模式設為未定義模式*/MSR CPSR,