Armv7-M Interworking机制-Toy模板网

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1 前言

        由于历史原因(从ARM7TDMI开始)， ARM处理器一直支持两种形式上相对独立的指令集，它们分别是：

         32位的ARM指令集，对应处理器状态：

        ARM状态，在32位存储器上效率较高，能够同时访问32位的数据和地址空间，具有更好的代码效率和执行速度；
         16位的Thumb指令集，对应处理器状态：

        Thumb状态，指令长度短，代码密度高(目标码体积小)，在16位存储器(数据总线为16位的存储系统)上效率较高，内存占用小，有利于降低功耗，所以常用于嵌入式系统中对代码体积和功耗敏感的场景。

2 Interworking

两种指令集各有有点，可以取长补短，混合编程(Interworking)，ARM将之定义为处理器的两种执行状态(Execution states)。当对性能要求较高时，可以采用ARM状态；当对代码密度和功耗要求较高时，则可以采用Thumb状态。

具体来说，Thumb指令是ARM指令的一个受限子集，在Thumb状态下，不能直接访问所有的处理器寄存器，只有r0～r7(low registers)是可以被任意访问的，在Thumb状态下使用低组寄存器和在ARM状态下使用没有区别。寄存器r8～r12(high registers)只能通过MOV、ADD或CMP指令访问。CMP指令和所有操作r0～r7的数据处理指令都会影响CPSR中的条件标志位。一些Thumb指令还使用到了程序计数器PC(r15)，链接地址寄存器LR(r14)和堆栈指针寄存器SP(r13)。在Thumb状态下，读取r15寄存器时，bit[0]值为0，bit[31∶1]包含了PC的值。当对r15进行写入时，bit[0]被忽略，bit[31∶1]:0被设置成PC的值。

为此，ARM处理器支持从ARM状态到Thumb状态相互无缝转换的能力，即可以根据需要动态切换指令集。在ARM状态下，通过执行指令“BX Rm”（Rm为一个寄存器地址），处理器可以跳转到Thumb状态的指令集中；在Thumb状态下，也可以通过执行指令“BX Rm”跳转回ARM状态，像BX这种可以用来切换状态的指令被称为interworking instructions。

直至Thumb-2指令集的出现，它通过在原Thumb的基础上引入很多32位指令发展而来（Thumb是Thumb-2的子集），同时支持16位和32位的指令，集两种指令集之大成，再也不用考虑在Thumb和ARM两种状态之间来回切换了。

由于ARMV7只支持Thumb-2指令集，interworking instructions使用时必须严格标识执行状态为Thumb状态（EPSR.T == 1），否则就会错误异常。具体来说，Thumb状态的标志位会存储在interworking address的bit[0]上，而interworking address在以下指令中使用：

① BX或BLX（BLX and BX interwork on the value in Rm， BX Rm）；

② POP interworks on the value loaded to the PC，例如：

push {r0-r3, lr} ;子程序入口

pop {r0-r3, pc} ;子程序出口

③ 使用LDR或LDM（此两条指令皆为32位指令）加载PC（an LDR or LDM that loads the PC），例如：

LDR PC, [Rn] ;转移地址存储在 Rn 所指向的存储器中；

当PC被以上指令更新时，bit[0]会被忽略，[31:1]:’0’会被用于写入PC；随后，就会发生分支转移；

而bit[0]也不是完全没意义，ARMV7下bit[0]必须为1，它会被用来更新EPSR.T，一旦EPSR.T == 0的情况出现，就会导致NVSTATE UsageFault exception（用法错误异常）。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-851297.html

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