ARM处理器工作模式实验报告

肇庆学院电子信息与机电工程学院实验日期：2015年11月30日班级：12电气1班姓名：李俊杰学号：19老师评定:_____实验二：ARM处理器工作模式实验一、实验目的通过实验掌握学会使用MSR/MRS指令实现ARM处理器工作模式的切换，观察不同模式下的寄存器，加深对CPU结构的理解。通过实验掌握ld中如何使用命令行指定代码段起始地址。二、实验设备硬件：PC机。软件：EmbestIDEPr02004集成开发环境，Windows98/2000/NT/XP。三、实验内容通过ARM汇编指令，在各种处理器模式下切换并观察各种模式下寄存器的区别。掌握ARM不同模式的进入与退出。四、实验原理1．ARM处理器模式ARM体系结构支持表3-2所列的7种处理器模式。在软件控制下可以改变模式，外部中断或异常处理也可以引起模式发生改变。大多数应用程序在用户模式下执行。当处理器工作在用户模式时，正在执行的程序不能访问某些被保护的系统资源，也不能改变模式，除非异常发生。这允许适当编写操作系统来控制系统资源的使用。图2-1除用户模式外的其他模式称为“特权模式”，它们可以自由地访问系统资源和改变模式。其中的5种称为“异常模式”，即FIQ(FastInterruptRequest)、IRQ(lnterruptRequest)、管理(Supervisor)、中止(Abort)和未定义(Undefined)。当特定的异常出现时，进入相应的模式。每种模式都有某些附加的寄存器，以避免异常出现时用户模式的状态不可靠。剩下的模式是“系统模式”。仅ARM体系结构V4以及以上的版本有该模式。不能由于任何异常而进入该模式。它与用户模式有完全相同的寄存器，但它是特权模式，不受用户模式的限制。它供需要访问系统资源的操作系统任务使用，但希望避免使用与异常模式有关的附加寄存器。避免使用附加寄存器保证了当任何异常出现时，都不会使任务的状态不可靠。2．程序状态寄存器3.2节提到的程序状态寄存器CPSR和SPSR包含了条件码标志、中断禁止位、当前处理器模式以及其他状态和控制信息。每种异常模式都有一个程序状态保存寄存器SPSR。当异常出现时，SPSR用于保留CPSR的状态。3．本实验涉及到的Id命令行参数-Ttextorg使用org作为输出文件的text段的起始地址。org必须是十六进制数。实验操作步骤(1)参考3.1节实验A的步骤(1)建立一个新的工程，命名为ARMMode。(2)参考3.1节实验A的步骤(2)和实验参考程序编辑输入源代码。编辑完毕后，保存文件为ARMMode.s。(3)选择菜单项Project-AddToProject-Files，或在工程管理窗口右击选择快搪菜单命令，打开文件选择对话框，在工程目录下选择刚才建立的源文件ARMMode.s。(4)参考3.1节实验A的步骤(4)进行相应设置。注意：在链接器设置选项卡的LinkOptions框内，手动加上“-TtextOx0”，即指定代码段起始地址为Ox0，如图3-8所示。(5)参考3.1节实验A的步骤(5)生成目标代码。(6)在调试设置选项卡中的Downloadaddress文本框内，输入的下载地址应该与链接器设置中指定的代码段起始地址相同，以保证程序能够正常执行，如图3-9所示。(7)选择菜单项Debug—RemoteConnect连接软件仿真器，执行Download命令下载程序，并打开寄存器窗口。(8)单步执行，观察并记录寄存器RO和CPSR值的变化，以及每次变化后执行寄存器赋值后36个寄存器值的变化情况，尤其注意各个模式下R13和R14的值。结合实验内容和相关资料，观察程序运行，通过实验加深理解ARM各种状态下寄存器的使用。理解和掌握试验后，完成实验练习题。图2-2五、实验结果图2-3系统模式图2-4快中断模式图2-5管理模式图2-6中止模式图2-7普通中断图2-8未定义模式实验参考程序.global_start.text_start:#---Setupinterrupt/exceptionvectorsBReset_HandlerUndefined_Handler:BUndefined_HandlerBSWI_HandlerPrefetch_Handler:BPrefetch_HandlerAbort_Handler:BAbort_HandlerNOPIRQ_Handler:BIRQ_HandlerFIQ_Handler:BFIQ_HandlerSWI_Handler:MOVpc,lrReset_Handler:#intoSystemmodeMRSr0,CPSR/*读CPSR值*/BICr0,r0,#0x1f/*清低5位*/ORRr0,r0,#0x1f/*将模式设为系统模式*/MSRCPSR,r0/*将r0写入CPSR*/MOVr0,#1/*在系统模式初始化寄存器*/MOVr1,#2MOVr2,#3MOVr3,#4MOVr4,#5MOVr5,#6MOVr6,#7MOVr7,#8MOVr8,#9MOVr9,#10MOVr10,#11MOVr11,#12MOVr12,#13MOVr13,#14MOVr14,#15#intoFIQmodeMRSr0,CPSRBICr0,r0,#0x1fORRr0,r0,#0x11/*将模式设为快中断模式*/MSRCPSR,r0MOVr8,#16/*在快中断模式初始化寄存器*/MOVr9,#17MOVr10,#18MOVr11,#19MOVr12,#20MOVr13,#21MOVr14,#22#intoSVCmodeMRSr0,CPSRBICr0,r0,#0x1fORRr0,r0,#0x13/*将模式设为管理模式*/MSRCPSR,r0MOVr13,#23/*在管理模式初始化寄存器*/MOVr14,#24#intoAbortmodeMRSr0,CPSRBICr0,r0,#0x1fORRr0,r0,#0x17/*将模式设为中止模式*/MSRCPSR,r0MOVr13,#25/*在中止模式初始化寄存器*/MOVr14,#26#intoIRQmodeMRSr0,CPSRBICr0,r0,#0x1fORRr0,r0,#0x12/*将模式设为普通中断模式*/MSRCPSR,r0MOVr13,#27/*在普通中断模式初始化寄存器*/MOVr14,#28#intoUNDEFmodeMRSr0,CPSRBICr0,r0,#0x1fORRr0,r0,#0x1b/*将模式设为未定义模式*/MSRCPSR,r0MOVr13,#29/*在未定义模式初始化寄存器*/MOVr14,#30BReset_Handler.end总结：通过此次实验学会了使用MSR/MRS指令实现ARM处理器工作模式的切换，观察不同模式下的寄存器，加深了对CPU结构的理解，同时掌握了ld中如何使用命令行指定代码段起始地址。