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5.6? 程序狀態(tài)寄存器指令
ARM指令集提供了兩條指令，可直接控制程序狀態(tài)寄存器（PSR，Program State Register）。MRS指令用于把CPSR或SPSR的值傳送到一個(gè)寄存器；MSR與之相反，把一個(gè)寄存器的內(nèi)容傳送到CPSR或SPSR。這兩條指令結(jié)合，可用于對(duì)CPSR和SPSR進(jìn)行讀/寫(xiě)操作。
交換指令如表5.5所示。
表5.5????? 程序狀態(tài)寄存器指令
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指??? 令 |
作??? 用 |
操??? 作 |
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MRS |
把程序狀態(tài)寄存器的值送到一個(gè)通用寄存器 |
Rd=SPR |
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MSR |
把通用寄存器的值送到程序狀態(tài)寄存器或把一個(gè)立即數(shù)送到程序狀態(tài)字 |
PSR[field]=Rm或PSR[field]=immediate |
在指令語(yǔ)法中可看到一個(gè)稱(chēng)為fields的項(xiàng)，它可以是控制（C）、擴(kuò)展（X）、狀態(tài)（S）及標(biāo)志（F）的組合。
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注意 |
程序不能通過(guò)直接修改CPSR中的T位控制直接將程序狀態(tài)切換到Thumb狀態(tài)，必須通過(guò)BX等指令完成程序狀態(tài)的切換。 |
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5.6.1? MRS
（1）指令編碼格式
MRS指令用于將程序狀態(tài)寄存器的內(nèi)容傳送到通用寄存器中。
指令的編碼格式如圖5.22所示。
圖5.22? MRS指令編碼格式
當(dāng)數(shù)據(jù)被移到通用寄存器以后，就可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
（2）指令的語(yǔ)法格式
MRS{<cond>}? <Rd>，CPSR
MRS{<cond>}? <Rd>，SPSR
① <cond>
為指令編碼中的條件域。它指示LDM（1）指令在什么條件下執(zhí)行。當(dāng)<cond>忽略時(shí)，指令為無(wú)條件執(zhí)行（cond=AL（Alway））。
② <Rd>
目標(biāo)寄存器。當(dāng)r15被用作目標(biāo)寄存器時(shí)，指令執(zhí)行結(jié)果不可預(yù)知。
（3）指令操作的偽代碼
指令操作偽代碼如下面程序段所示。
If? ConditionPassed{cond}? then
???? If? R==1? then
????????? Rd=SPSR
???? ELSE
????????? Rd=CPSR
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注意 |
① 當(dāng)操作碼opcode[11∶0]≠0x000時(shí)，指令的執(zhí)行結(jié)果不可預(yù)知。 ② 當(dāng)操作碼opcode[19∶16]≠0b1111時(shí)，指令的執(zhí)行結(jié)果不可預(yù)知。 ③ 當(dāng)在用戶(hù)模式下對(duì)SPSR進(jìn)行操作時(shí)，指令的執(zhí)行結(jié)果不可預(yù)知。 |
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5.6.2? MSR
（1）指令編碼格式
MSR指令用于將通用寄存器中的內(nèi)容或立即數(shù)傳送到程序狀態(tài)寄存器中。因此指令的編碼格式也有兩種格式。
指令的源操作數(shù)為通用寄存器時(shí)編碼格式如圖5.23所示。
圖5.23? 源操作數(shù)為通用寄存器的MSR指令編碼
指令的源操作數(shù)為立即數(shù)時(shí)編碼格式如圖5.24所示。
圖5.24? 源操作數(shù)為立即數(shù)的MSR指令編碼
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（2）指令的語(yǔ)法格式
MSR{<cond>}? CPSR_<fields>，＃<immediate>
MSR{<cond>}? CPSR_<fields>，＃<Rm>
MSR{<cond>}? SPSR_<fields>，＃<immediate>
MSR{<cond>}? SPSR_<fields>，＃<Rm>
① <cond>
為指令編碼中的條件域。它指示LDM（1）指令在什么條件下執(zhí)行。當(dāng)<cond>忽略時(shí)，指令為無(wú)條件執(zhí)行（cond=AL（Alway））。
② <fields>
設(shè)置狀態(tài)寄存器中需要操作的位。狀態(tài)寄存器的32位可以分為4個(gè)8位的域（field）。
·? bits[31∶24]為條件標(biāo)志位域，用f表示。
·? bits[23∶16]狀態(tài)位域，用s表示。
·? bits[15∶8]擴(kuò)展位域，用x表示。
·? bits[7∶0]控制位域，用c表示。
③ < immediate >
表示將要傳送到狀態(tài)寄存器中的立即數(shù)。
（3）指令操作的偽代碼
指令操作偽代碼如下面程序段所示。
If? ConditionPassed{cond}? then
??? If? opcode[25]==1
?????????? Operand=8_bit_immediate? Rotate_Right {rotate_imm*2}
??? Else? /*opcode[25]==0*/
?????????? Operand=Rm
??? If? R==0? then
?????????? If? field_mask[0]==1? and? InAPrivilegedMode()? then
???????????????? CPSR[7:0]=operand[7:0]
?????????? If? field_mask[1]==1? and? InAPrivilegedMode()? then
???????????????? CPSR[15:8]=operand[15:8]
?????????? If? field_mask[2]==1? and? InAPrivilegedMode()? then
???????????????? CPSR[23:16]=operand[23:16]
?????????? If? field_mask[2]==1? then
???????????????? CPSR[31:24]=operand[31:24]
??? Else? /*R==1*/
?????????? If? field_mask[0]==1? and? InAPrivilegedMode()? then
???????????????? SPSR[7:0]=operand[7:0]
?????????? If? field_mask[1]==1? and? InAPrivilegedMode()? then
???????????????? SPSR[15:8]=operand[15:8]
?? ????????If? field_mask[2]==1? and? InAPrivilegedMode()? then
???????????????? SPSR[23:16]=operand[23:16]
?????????? If? field_mask[2]==1? then
???????????????? SPSR[31:24]=operand[31:24]
5.6.3? 程序狀態(tài)寄存器指令應(yīng)用
在ARM處理器中，只有MRS指令可以將狀態(tài)寄存器CPSR或SPSR讀出到通用寄存器中。指令格式如下：
MRS{cond}? Rd，PSR
其中，Rd為目標(biāo)寄存器，Rd不允許為程序計(jì)數(shù)器PC。PSR為CPSR或SPSR。
MRS指令舉例如下。
MRS? r1，CPSR ;將CPSR狀態(tài)寄存器讀取，保存到r1中
MRS? r2，SPSR ;將SPSR狀態(tài)寄存器讀取，保存到r1中
MRS指令讀取CPSR，可用來(lái)判斷ALU的狀態(tài)標(biāo)志以及IRQ/FIQ中斷是否允許等；在異常處理程序中，讀SPSR可指定進(jìn)入異常前的處理器狀態(tài)等。MRS與MSR配合使用，實(shí)現(xiàn)CPSR或SPSR寄存器的讀-修改-寫(xiě)操作，可用來(lái)進(jìn)行處理器模式切換，允許/禁止IRQ/FIQ中斷等設(shè)置。另外，進(jìn)程切換或允許異常中斷嵌套時(shí)，也需要使用MRS指令讀取SPSR狀態(tài)值并保存起來(lái)。
【例5.7】使能IRQ中斷
ENABLE_IRQ
???????? MRS??? r0，CPSR
???????? BIC???? r0，r0，＃0x80
???????? MSR??? CPSR_c，r0
???????? MOV??? PC，LR
【例5.8】禁止IRQ中斷
DISABLE_IRQ
??????? MRS?? r0,CPSR
??????? ORR?? r0,r0,#0x80
??????? MSR?? CPSR_c,r0
??????? MOV?? PC,LR
在ARM處理器中，只有MSR指令可以直接設(shè)置狀態(tài)寄存器CPSR或SPSR。指令格式如下。
MSR{cond}? PSR_field,#immed_8r
MSR{cond}? PSR_field,Rm
其中，PSR是指CPSR或SPSR。<fields>設(shè)置狀態(tài)寄存器中需要操作的位。狀態(tài)寄存器的32位可以分為4個(gè)8位的域（field）。bits[31：24]為條件標(biāo)志位域，用f表示；bits[23：16]為狀態(tài)位域，用s表示；bits[15：8]為擴(kuò)展位域，用x表示；bits[7：0]為控制位域，用c表示；immed_8r為要傳送到狀態(tài)寄存器指定域的立即數(shù)，8位；Rm為要傳送到狀態(tài)寄存器指定域的數(shù)據(jù)源寄存器。
MSR指令舉例如下。
MSR? CPSR_c，＃0xD3??????????? ;CPSR[7:0]=0xD3，切換到管理模式
MSR? CPSR_cxsf，r3???????????? ;CPSR=R3
只有在特權(quán)模式下才能修改狀態(tài)寄存器。
程序中不能通過(guò)MSR指令直接修改CPSR中T位控制位來(lái)實(shí)現(xiàn)ARM狀態(tài)/Thumb狀態(tài)的切換，必須使用BX指令來(lái)完成處理器狀態(tài)的切換（因?yàn)锽X指令屬轉(zhuǎn)移指令，它會(huì)打斷流水線狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)處理器狀態(tài)的切換）。MRS與MSR配合使用，實(shí)現(xiàn)CPSR或SPSR寄存器的讀-修改-寫(xiě)操作，可用來(lái)進(jìn)行處理器模式切換以及允許/禁止IRQ/FIQ中斷等設(shè)置。
【例5.9】堆棧指令初始化
INITSTACK
????????? MOV?? r0,LR?????????????? ;保存返回地址
;設(shè)置管理模式堆棧
????????? MSR?? CPSR_c,#0xD3
????????? LDR?? SP,StackSvc
;設(shè)置中斷模式堆棧
????????? MSR?? CPSR_c,#0xD2
????????? LDR?? SP,StackSvc
