《ARM与Linux些许问题》第一章：ARM工作模式

    早期的ARM核有状态（ARM或Thumb）切换（通过BX等指令修改CPSR寄存器（当前程序状态寄存器，存放条件码标志，中断禁止位，当前处理器模式以及其他状态和控制信息）中T的控制位完成程序状态的切换），现在ARM都只使用Thumb状态了。所以，我们不在讨论状态切换相关。

一、ARM七种工作模式及其应用场合（Linux操作系统使用了其中USR和SVC模式、出现异常时还可能通过进入其他模式转为Linux内核态）

    在CPSR寄存器中设置M[4:0]位，分别对应如下七种模式（注意：用户模式和系统模式只有对CPSR的读权限，因此、这两种模式下不可以通过直接设置CPSR进入其他模式（SWI汇编指令除外））：

    1.用户模式（USR）:用于正常执行程序。在Linux操作系统中，用户空间进程就是在这种模式下运行。CPSR寄存器M[4:0]设置10000。

    2.系统模式（SYS）：运行有特权的操作系统任务。CPSR寄存器M[4:0]设置11011。

    这个模式和用户模式共用R15-pc（程序计数器，存放下一条指令所在单元的地址）的值，因此不用ARM强制赋值。

    ARM进入以下几种模式后，都需要给R15-PC寄存器重新赋值、也就是开始执行新的指令。

    3.管理模式（SVC）：操作系统使用的保护模式（高权限）。在Linux操作系统中，内核空间在这种模式下运行。CPSR寄存器M[4:0]设置10011。

    当ARM刚上电或复位时、进入该模式，并强制PC从0x0000 0000处取指令；当系统软中断（如系统调用，调用ARM的SWI汇编指令）时、进入该模式，并强制PC从0x0000 0008处取指令——这也是ARM从用户模式主动切入管理模式（Linux从用户态主动进入内核态）的唯一方法。后面章节会详细分析。

    《ARM与Linux些许问题》第三章：Linux如何从用户态进入内核态

    《ARM与Linux些许问题》第四章：ARM平台系统调用原理分析

    当出现异常状况时，Linux还有可能在如下几种ARM模式下运行；如硬件中断、程序问题导致的异常等。

    4.快速中断模式（FIQ）：用于高速数据传输。CPSR寄存器M[4:0]设置10001。

    进入该模式后、ARM强制PC从0x0000 001C处取指令。

    5.外部中断模式（IRQ）：用于通常的中断处理。CPSR寄存器M[4:0]设置10010。

    进入该模式后、ARM强制PC从0x0000 0018处取指令。

    6.数据访问终止模式（ABT）：当数据或指令预取终止时进入该模式，可用于虚拟内存及存储保护。CPSR寄存器M[4:0]设置10111。

    当指令取终止时、进入该模式，并强制PC从0x0000 000C处取指令；当数据取终止时、进入该模式；并强制PC从0x0000 0010处取指令。

    7.未定义指令终止模式（UND）：当未定义的指令执行时进入该模式，可用于支持硬件。CPSR寄存器M[4:0]设置11111。

    当程序中出现未定义的指令时、进入该模式，并强制PC从0x0000 0004处取指令。

    在非user模式下的其他6中模式，有SVC，FIQ，IRQ，ABT，UND，SYS 都可以修改CPSR寄存器、从而控制ARM工作模式的切换。

    在Linux操作系统中；当CPU处于特权模式（Linux处于内核态）时，可以随意进入用户态。而当CPU处于用户模式（Linux处于用户态）时，Linux从用户态切换到内核态（ARM从用户模式切换到其他特权模式）只有在系统调用和中断（中断进入IRQ模式，也可以操作内核）两种情况下发生，一般程序一开始都是运行于用户态，当程序需要使用系统资源时，就必须通过调用软中断进入内核态。

    每一种工作模式的R13-SP（堆栈指针寄存器，在堆栈操作中使用）都是独立的。因此，对程序中需要用到的每一种模式都要给SP定义一个堆栈地址。方法是改变状态寄存器（CPSR）内的状态位，使处理器切换到不同的状态，然后给SP赋值。注意：不要切换到User模式进行User模式的堆栈设置，因为进入User模式后就不能再操作CPSR回到别的模式了，可能会对接下去的程序执行造成影响。

    ARM在刚上电或复位后、进入SVC管理模式，并从0x0000 0000开始取指令；bootloader和Linux Kernel都是工作在此模式。

二、ARM工作模式切换的两种方法

    1.被动切换：是指ARM在当前工作模式下，没有要求模式切换、而被动地进入另外一种模式。在ARM运行的时候产生一些异常（包括软中断）或者中断（硬中断）来进行模式切换。如上边提到的Linux操作系统从用户态到内核态，如硬件中断或程序异常。内核态不会被动切换到用户态。

    2.主动切换：是指ARM在当前工作模式下，通过一些自主操作、主动的要求切换工作模式。ARM通过软件改变，即软件设置寄存器来进行ARM的模式切换，因为ARM的工作模式都是可以通过相应寄存器的赋值来切换的。如上边提到的Linux操作系统从内核态到用户态；这里边有一个比较特殊的情况：Linux用户态可以通过系统调用主要要求切换到内核态。

    后边，我还会分析重点分析从Linux从用户态到内核态的切换。见《ARM与Linux些许问题》第三章：Linux如何从用户态进入内核态

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ARM主要寄存器汇总：

CPSR及SPSR：当前程序状态寄存器和保存程序状态寄存器；

R15-PC及R14-LR：程序计数器和用户保存PC的连接寄存器；

R13-SP：堆栈指针。