ARM堆栈及特殊指令

ARM7支持四种堆栈模式：满递减(FD)、满递增(FA)、空递减(ED)、空递增(EA)

FD：堆栈地址从上往下递减，且指针指向最后一个入栈元素。
FA：堆栈地址从下往上递增，且指针指向最后一个入栈元素。
ED：堆栈地址从上往下递减，且指针指向下一个可用空位。
EA：堆栈地址从下网上递增，且指针指向下一个可用空位。

ADSC编译器只支持FD，ucos堆栈模式只能配置递增或递减，关于满和空无法配置。
所以在移植的时候需要改动OSTaskStkInit函数，使其跟中断堆栈操作一致。

arm是risc的机器没有自己的push pop 指令，通常使用stmLDM指令完成压入弹出操作。arm的使用r13＝sp ，r14=lR ,r15=pc
  当然在不同的模式下后又不同的影子寄存器，这里的影子是说，他们虽然使用了同样的名称，但是实际的物理地址不是相同的空间，只是认为的做了一些关系的MAP。因为这样可以加速数据的处理。

因为ARM是3级流水线运行，通常运行的指令是Pc－8也就是说运行的指令不是当前的pc指针值。

同arm相关的通常是！，S，^这些比较特殊的东西，
  尤其对于LDR指令而言，在使用前偏移地时候就有了！，这同后偏移不同
  前【Rn,Rm,#**】  这种类型是先进行偏移然后加载数据，更具是否！更新Rn
   后【Rn】，Rm，＃××这是先加载数据，然后进行偏移，一定更新Rn
  S通常是一个时候更新标志，有时候如果存在PC（r15）加载的话，会作为更新cpsr的选项，
^这个用到的时候通常不多。这也是同cpsr，spsr相关的东西。

异常处理部分：
    异常处理是同模式相关的一个概念，ARM有多种异常，对应不同的模式，但是他们之间不是一一对应的关系。
    返回与否？
    有些异常是不需要返回的，reset
    其他的异常通常是需要返回到以前的状态abort，但是不同的异常返回的点是不同的。通常异常的时候会保存下一个指令的地址到R14这样，就需要在返回的时候更具需要进行调整你的PC。
   ,返回后通常执后的下一条指令这样使用 movs就足够了
  abort，就需要返回出现问题的那条指令，也就是【R14】－4了，所以通常使用subs返回。
  批量数据加载/存储指令

ARM微处理器所支持批量数据加载/存储指令可以一次在一片连续的存储器单元和多个寄存器之间传送数据，批量加载指令用于将一片连续的存储器中的数据传送到多个寄存器，批量数据存储指令则完成相反的操作。常用的加载存储指令如下：

— LDM 批量数据加载指令

— STM 批量数据存储指令

LDM（或STM）指令

LDM（或STM）指令的格式为：

LDM（或STM）{条件}{类型} 基址寄存器{！}，寄存器列表{∧}

LDM（或STM）指令用于从由基址寄存器所指示的一片连续存储器到寄存器列表所指示的多个寄存器之间传送数据，该指令的常见用途是将多个寄存器的内容入栈或出栈。其中，{类型}为以下几种情况：

IA 每次传送后地址加1；

IB 每次传送前地址加1；

DA 每次传送后地址减1；

DB 每次传送前地址减1；

FD 满递减堆栈；

ED 空递减堆栈；

FA 满递增堆栈；

EA 空递增堆栈；

{！}为可选后缀，若选用该后缀，则当数据传送完毕之后，将最后的地址写入基址寄存器，否则基址寄存器的内容不改变。

基址寄存器不允许为R15，寄存器列表可以为R0～R15的任意组合。

{∧}为可选后缀，当指令为LDM且寄存器列表中包含R15，选用该后缀时表示：除了正常的数据传送之外，还将SPSR复制到CPSR。同时，该后缀还表示传入或传出的是用户模式下的寄存器，而不是当前模式下的寄存器。

指令示例：

STMFD R13!，{R0，R4-R12，LR}；将寄存器列表中的寄存器（R0，R4到R12，LR）存入堆栈。

LDMFD R13!，{R0，R4-R12，PC}；将堆栈内容恢复到寄存器（R0，R4到R12，LR）。

LDR指令的格式为：

LDR{条件} 目的寄存器，<存储器地址>

LDR 指令用于从存储器中将一个32位的字数据传送到目的寄存器中。该指令通常用于从存储器中读取32位的字数据到通用寄存器，然后对数据进行处理。当程序计数 器PC作为目的寄存器时，指令从存储器中读取的字数据被当作目的地址，从而可以实现程序流程的跳转。该指令在程序设计中比较常用，且寻址方式灵活多样，请者认真掌握。

指令示例：

LDR R0，[R1] ；将存储器地址为R1的字数据读入寄存器R0。

LDR R0，[R1，R2] ；将存储器地址为R1+R2的字数据读入寄存器R0。

LDR R0，[R1，＃8] ；将存储器地址为R1+8的字数据读入寄存器R0。

LDR R0，[R1，R2] ！；将存储器地址为R1+R2的字数据读入寄存器R0，并将新地址R1＋R2写入R1。

LDR R0，[R1，＃8] ！；将存储器地址为R1+8的字数据读入寄存器R0，并将新地址R1＋8写入R1。

LDR R0，[R1]，R2；将存储器地址为R1的字数据读入寄存器R0，并将新地址R1＋R2写入R1。

LDR R0，[R1，R2，LSL＃2]！；将存储器地址为R1＋R2×4的字数据读入寄存器R0，并将新地址R1＋R2×4写入R1。

LDR R0，[R1]，R2，LSL＃2；将存储器地址为R1的字数据读入寄存器R0，并将新地址R1＋R2×4写入R1。

MRS指令的格式为：

MRS{条件} 通用寄存器，程序状态寄存器（CPSR或SPSR）

MRS指令用于将程序状态寄存器的内容传送到通用寄存器中。该指令一般用在以下几种情况：

－当需要改变程序状态寄存器的内容时，可用MRS将程序状态寄存器的内容读入通用寄存器，修改后再写回程序状态寄存器。

－当在异常处理或进程切换时，需要保存程序状态寄存器的值，可先用该指令读出程序状态寄存器的值，然后保存。

指令示例：

MRS R0，CPSR ；传送CPSR的内容到R0

MRS R0，SPSR ；传送SPSR的内容到R0

2、 MSR指令

MSR指令的格式为：

MSR{条件} 程序状态寄存器（CPSR或SPSR）_<域>，操作数

MSR指令用于将操作数的内容传送到程序状态寄存器的特定域中。其中，操作数可以为通用寄存器或立即数。<域>用于设置程序状态寄存器中需要操作的位，32位的程序状态寄存器可分为4个域：

位[31：24]为条件标志位域，用f表示；

位[23：16]为状态位域，用s表示；

位[15：8]为扩展位域，用x表示；

位[7：0]为控制位域，用c表示；

该指令通常用于恢复或改变程序状态寄存器的内容，在使用时，一般要在MSR指令中指明将要操作的域。

指令示例：

MSR CPSR，R0 ；传送R0的内容到CPSR

MSR SPSR，R0 ；传送R0的内容到SPSR

MSR CPSR_c，R0；传送R0的内容到SPSR，但仅仅修改CPSR中的控制位域

ARM微处理器所支持的异常指令有如下两条：

— SWI 软件中断指令

— BKPT 断点中断指令

1、SWI指令

SWI指令的格式为：

SWI{条件} 24位的立即数

SWI 指令用于产生软件中断，以便用户程序能调用操作系统的系统例程。操作系统在SWI的异常处理程序中提供相应的系统服务，指令中24位的立即数指定用户程序 调用系统例程的类型，相关参数通过通用寄存器传递，当指令中24位的立即数被忽略时，用户程序调用系统例程的类型由通用寄存器R0的内容决定，同时，参数 通过其他通用寄存器传递。

指令示例：

SWI 0x02 ；该指令调用操作系统编号位02的系统例程。

2、BKPT指令

BKPT指令的格式为：

BKPT 16位的立即数

BKPT指令产生软件断点中断，可用于程序的调试。3.4Thumb指令及应用

为 兼容数据总线宽度为16位的应用系统，ARM体系结构除了支持执行效率很高的32位ARM指令集以外，同时支持16位的Thumb指令集。Thumb指令 集是ARM指令集的一个子集，允许指令编码为16位的长度。与等价的32位代码相比较，Thumb指令集在保留32代码优势的同时，大大的节省了系统的存 储空间。

所有的Thumb指令都有对应的ARM指令，而且Thumb的编程模型也对应于ARM的编程模型，在应用程序的编写过程中，只要遵 循一定调用的规则，Thumb子程序和ARM子程序就可以互相调用。当处理器在执行ARM程序段时，称ARM处理器处于ARM工作状态，当处理器在执行 Thumb程序段时，称ARM处理器处于Thumb工作状态。

与ARM指令集相比较，Thumb指令集中的数据处理指令的操作数仍然是32 位，指令地址也为32位，但Thumb指令集为实现16位的指令长度，舍弃了ARM指令集的一些特性，如大多数的Thumb指令是无条件执行的，而几乎所 有的ARM指令都是有条件执行的；大多数的Thumb数据处理指令的目的寄存器与其中一个源寄存器相同。

由于Thumb指令的长度为16位，即只用ARM指令一半的位数来实现同样的功能，所以，要实现特定的程序功能，所需的Thumb指令的条数较ARM指令多。在一般的情况下，Thumb指令与ARM指令的时间效率和空间效率关系为：

— Thumb代码所需的存储空间约为ARM代码的60％～70％

— Thumb代码使用的指令数比ARM代码多约30％～40％

— 若使用32位的存储器，ARM代码比Thumb代码快约40％

— 若使用16位的存储器，Thumb代码比ARM代码快约40％～50％

— 与ARM代码相比较，使用Thumb代码，存储器的功耗会降低约30％

显然，ARM指令集和Thumb指令集各有其优点，若对系统的性能有较高要求，应使用32位的存储系统和ARM指令集，若对系统的成本及功耗有较高要求，则应使用16位的存储系统和Thumb指令集。当然，若两者结合使用，充分发挥其各自的优点，会取得更好的效果。