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arm920t寄存器cpsrcpu工作原理 |
分类： 第四章-踏入嵌入式领域之ARM |
在介绍CPSR寄存器之前，让我们来想个问题。CPU执行一条指令的流程是这样的，CPU从存储器或高速缓冲存储器中取出指令，放入指令寄存器，并对指令译码。它把指令分解成一系列的微操作，然后发出各种控制命令，执行微操作系列，从而完成一条指令的执行。在这个过程中，CPU执行了加、减、移位运算。想想看每次加、减、移位运算后的结果的信息哪里去了？有两种可能，A：随着运算的结束消失了。B：将运算的相关信息存储了起来。举个例子：8位二进制无符号数相加，1111_1110B+0000_0011B=0000_0001（假设微处理器是8位的，该加法结果溢出了）。该加法表达式译为汇编语言为：
MOV R0 #0xFE @将立即数0xFE装入通用寄存器R0中
ADD R0 R0 #03 @将R0中的内容和立即数0x03相加后存入R0中
显然，在运算完成后通用寄存器中的值为0x01，那么给人的感觉就是254+3=1（有点“小学没毕业”的感觉）。对！CPU就是“小学没毕业” 该运算结果CPU认为是正确的，只不过CPU将运算信息（该运算信息就是在运算过程中出现了一次运算溢出）存储了起来。其实CPU认为R0中的值和中间运算信息的集合才是该表达式的预算结果。好！我们的答案出来了，选B。CPU将运算的相关信息存储了起来。问题又来了，这个运算信息要存到哪里？答案便是笔者今天要将得内容：程序状态寄存器CPSR。
ARM920T微处理器任何一种模式下都有一个程序状态寄存器CPSR（current program status register）的寄存器。该寄存器就是用来存储一些关于运算的信息，包括，条件标志位、中断禁止位、当前处理器模式标志和控制状态位等。CPSR是一个32位寄存器，大体分为三段：[31:28]、[27:8]和[7:0]，如图所示：
一、条件标志位[31:28]
条件标志位有N（Negative）、Z（Zero）、C（Carry）和V（Overflow）。这些标志位统称为条件标志位。
1、符号标志位N
当两个补码表示的有符号整数运算时，若结果为负则N=1；若结果为正或为零则N=0；例如代码（假设CPU是8位的）：
MOV R0 #0x05
SUB R1， R0， #0x06
当CPU执行完该代码之后R1中的值为0XFF。同时CPSR中的符号标志位N=1，表示运算结果R1中的值为-1。再看下面一段代码：
MOV R0, #0x06
SUB R1, R0, 0x05
当CPU执行完该代码后R1中的值为0x01，同时CPSR中的符号标志位N=0，表示运算结果R1中的值为1。
2、零标志位Z
Z=1表示运算结果为零；Z=0表示运算结果不为零。
注：对于CMP命令中，Z=1表示比较的两个数大小相等。
MOV R0 #05
CMP R0 #05
当CPU执行CMP这条代码时，将R0中的值（0x05）与立即数0x05相减（结果不保存），同时使CPSR中的符号标志位Z=1，表示比较的两个数大小相等。
3、进位、借位标志C
该标志位分四种情况表示：
A、在加法指令（包括比较指令CMN）中，C=1，表示无符号运算结果产生了进位。其他情况C=0。例如：
MOV R0 #0xFE
ADD R0 R0 #03
当CPU执行完该代码后，R0中的值为0x01，同时CPSR的标志位
C=1，表示运算结果向上进位，该运算结果的大小为257（这便解释了，开头说所的CPU “小学没毕业” 的问题）。
B、 在减法指令（包括比较指令CMP）中，当运算中发生借位C=0，表示无符号数运算发生下溢出；其他情况，C=1；
C、 在对于移位操作的指令，C的值为最后一次被移出位的值。例如：
MOV R1， #0xA5
MOV R0， R1， LSR#2 @将R1中的值向右移动两位后存入R0
CPU执行完该代码后，R0中的值为0x29，同时CSPR中标志位C的值为最后一出去的‘0’。
D、对于其他非加、减运算指令一般不会影响C的值。
4、溢出标志位V
当带符号数进行加减运算指令出现符号位溢出时V=1。
二、[27:8]没有开发利用。
三、控制位[7:0]
当异常中断发生时，该控制位发生变化。在特权级的处理器模式下，软件可以修改这些控制位。
● 中断禁止位：
1. 当I=1时，禁止IRQ中断。
2. 当F=1时，禁止FIQ中断。
在CPU上电复位时需要将IRQ和FIQ中断关闭，可以通过一下代码实现。
MRS R0， CPSR @将CPSR中的内容读入R0中
BIC R0， R0， #0xC0 @清零R0的第7、6位
ORR R0, R0, #0xC0 @置位R0的第7、6位
MSR CPSR, R0 @将R0中的内容回送到CPSR中
● T控制位
T控制位用于说明执行的指令时ARM指令还是Thumb指令。对于ARM920T来说，T=0表示ARM指令；T=1表示Thumb指令。
● 控制位M[4:0]控制处理器的模式，共7种模式，如表所示：
注：ARM920T共有7种工作模式，除去用户模式和系统模式剩下的5中模式中，处理器有一个专用的备份程序状态寄存器SPSR（Backups Program statues register）。当特定的异常中断发生时，SPSR用于存放CPSR中的内容，在异常中断处理完成后，可以用SPSR中的内容来恢复CPSR。已达到保护并恢复中断现场作用。SPSR的格式与CPSR的格式完全相同。