协处理器及其他指令之：状态寄存器访问指令

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        9.2  状态寄存器访问指令

        ARM指令集提供了两条指令，可直接控制程序状态寄存器psr。MRS指令用于把cpsr或者spsr的值传送到一个寄存器；MSR与之相反，它将一个寄存器的内容传送到cpsr或者spsr。这两条指令结合，可用于对cpsr和spsr进行读/写操作。
         
        表9.2总结了状态寄存器访问指令。
        表9.2 状态寄存器访问指令

助  记  符	含    义	操    作
MRS	将程序状态字寄存器的值送到通用寄存器	Rd=spr
MSR	将通用寄存器的值送到程序状态字寄存器	Psr[field]=Rm
MSR	将一个立即数送到程序状态字	Psr[field]=immediate

         
        当需要保存或修改当前模式下CISR或SPSR的内容时，首先必须将这些内容传送到通用寄存器中，对选择的位进行修改，然后将数据回写到状态寄存器。对于ARM和Thumb的状态切换也是如此，程序不能通过直接改写CPSR中的T控制位直接将程序状态切换到Thumb状态，必须通过BX等指令完成程序状态的切换。
         
        9.2.1  程序状态字内容送通用寄存器指令MRS

        1．指令编码格式

        读状态寄存器指令MRS。在ARM寄存器中，只有MRS指令可以将状态寄存器CPSR或SPSR读出到通用寄存器中。将程序状态字内容读取到通用寄存器中后就可以对其进行计算、修改等操作。
         
        指令的编码格式如图9.6所示。

       

        图9.6  MRS指令编码格式

         
        2．指令的语法格式

        MRS{<cond>}  <Rd>，CPSR
        MRS{<cond>}  <Rd>，SPSR
         
        ① <cond>
        为指令编码中的条件域。它指示指令在什么条件下执行。当<cond>忽略时，指令为无条件执行（cond=AL（Alway））。
         
        ② <Rd>
        确定指令的目标寄存器。如果r15被用作目标寄存器，指令的执行结果不可预知。
         
        3．指令操作的伪代码

        指令操作的伪代码如下面程序段所示。
         
        If  ConditionPassed{cond}  then
             If  R==1  then
                  Rd=SPSR
             Else
                  Rd=CPSR
         
        4．指令的使用

        MRS指令注意用于以下3种场合：
        ·  当需要保存或修改当前模式下CPSR或SPSR的内容时，首先必须将这些内容传送到通用寄存器中，对选择的位进行修改，然后将数据回写到状态寄存器。
         
        ·  当异常中断允许嵌套时，需要在进入异常中断之后，嵌套中断发生之前保存当前处理器模式对应的SPSR。这时需要先通过MRS指令读出SPSR的值，再用其他指令（如压栈指令）将SPSR值保存起来。
         
        ·  在进程切换时也需要保存当前状态寄存器的值。
         

注意

在用户模式下对CPSR[23∶0]进行任何修改都是无效的。另外，尽量避免在用户模式或系统模式下访问SPSR，因为在这种模式下没有SPSR，如果执行此操作，指令的执行结果不可预知。

         

        5．指令举例

        （1）将CPSR状态寄存器读取，保存到r1中。
         
        MRS   r1，CPSR
         
        （2）将SPSR状态寄存器读取，保存到r2中。
         
        MRS   r2，SPSR
         
        （3）MSR指令读取CPSR，用来判断ALU的状态标志或IRQ/FIQ中断是否允许等；在异常处理程序中，读SPSR可知道进入异常前的处理器状态等。MRS与MSR配合使用，实现CPSR或SPSR寄存器的读－修改－写操作，可用来进行处理器模式的切换或禁止/使能IRQ/FIQ中断等设置。另外，进行切换或允许异常中断嵌套时，也需要使用MRS指令读取SPSR状态值保存起来。
        下面的例子使能IRQ中断。
         
        ENABLE_IRQ
                 MRS    r0，CPSR
                 BIC    r0，r0，＃0x80
                 MSR    CPSR_c，r0
                 MOV    PC，LR
         
        下面的例子禁止IRQ中断。
         
        DISABLE_IRQ
                MRS    r0，CPSR
                ORR    r0，r0，＃0x80
                MSR    CPSR_c，r0
                MOV    PC，LR
         
        9.2.2  写状态寄存器指令MSR

        1．指令编码格式

        写状态寄存器指令MSR（Move to Status Register from ARM Register）。在ARM处理器中，只有MSR指令可以直接设置状态寄存器CPSR或SPSR。
         
        图9.7、图9.8分别显示了源操作数为立即数的MSR指令和源操作数为寄存器的MSR指令的编码格式。

       

        图9.7  源操作数为立即数的MSR指令编码格式

       

        图9.8  源操作数为寄存器的MSR指令编码格式

         
        2．指令的语法格式

        MSR{<cond>}   CPSR_<fields>，#<immediate>
        MSR{<cond>}   CPSR_<fields>，<Rm>
        MSR{<cond>}   SPSR_<fields>，#<immediate>
        MSR{<cond>}   SPSR_<fields>，<Rm>
         
        ① <cond>
        为指令编码中的条件域。它指示指令在什么条件下执行。当<cond>忽略时，指令为无条件执行（cond=AL（Alway））。
         
        ② <fields>
        域标志位，是下面选项中的一种或几种的组合。
        ·  C：设置控制位掩码域（bit[16]）。
        ·  X：设置扩展位掩码域（bit[17]）。
        ·  S：设置状态位掩码域（bit[18]）。
        ·  F：设置标志位掩码域（bit[19]）
         
        ③ <immediate>
        将被传送到CPSR和SPSR寄存器的立即数。此立即数可以为8位立即数（范围在0x00～0xff之间）。
         
        ④ <Rm>
        指定的通用寄存器，此寄存器包含将要被传送状态寄存器中的数据。
         
        3．指令操作的伪代码

        指令操作的伪代码如下面程序段所示。
         
        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[3]==1 and then
                        CPSR[31:24]=operand[31:24]
             Else/*R==1*/
                  If  field_mask[0]==1 and CurrentModeHasSPSR()  then
                        SPSR[7:0]=operand[7:0]
                  If  field_mask[1]==1 and CurrentModeHasSPSR()  then
                        SPSR[15:8]=operand[15:8]
                  If  field_mask[2]==1 and CurrentModeHasSPSR()  then
                        SPSR[23:16]=operand[23:16]
                  If  field_mask[3]==1 and CurrentModeHasSPSR()  then
                        SPSR[31:24]=operand[31:24]
         
        4．指令的使用

        详见MRS指令。
        5．指令举例

        （1）使用“读－修改－写”模式更新CPSR寄存器。
         
        MRS   r0，CPSR ;读CPSR寄存器的值
        BIC   r0，r0，＃0xf0000000 ;清除N、Z、C、V位
        MSR   CPSR_f，r0 ;更新CPSR中的标志位
         

注意

因为PSR状态寄存器中存在目前没有定义的保留位，所以在使用时，最好加上“_fsxc”后缀，如上例中的“CPSR_f”。这样做的目的是使指令只修改程序状态寄存器的某个域，防止程序向高版本指令集移植时发生意外。

         
        （2）禁止IRQ中断。
         
        MRS    r0，CPSR               ;读CPSR状态寄存器
        ORR    r0，r0，＃0x80         ;设置IRQ中断禁止位
        MSR    CPSR_c，r0             ;更新CPSR状态寄存器
         
        （3）堆栈初始化。
         
        INITSTACK
                 MOV    r0，LR          ;保存返回地址
        ；设置管理模式堆栈
                 MSR    CPSR_c，＃0xd3；
                 LDR    SP，StackSvc；
        ；设置中断模式堆栈
                 MSR    CPSR_c，＃0xd2；
                 LDR    SP，StackIrq；