CPSR寄存器和APSR寄存器的組成

程序狀態(tài)寄存器的作用就是反映處理器的狀態(tài)信息。在程序運(yùn)行期間我們可以通過查看程序狀態(tài)寄存器的狀態(tài)位來進(jìn)行程序的分支跳轉(zhuǎn)處理，或者我們可以設(shè)置程序狀態(tài)寄存器的模式位來改變處理器的運(yùn)行模式，或者我們可以設(shè)置程序狀態(tài)寄存器的中斷屏蔽位來屏蔽中斷。

在任何時(shí)刻，我們可以訪問處理器的16個(gè)寄存器（R0~R15）和當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器（Current Program Status Register，CPSR）。用戶模式下的程序訪問的程序狀態(tài)寄存器叫做APSR（Application Program Status Register），APSR是CPSR在用戶模式下的別名，因?yàn)樵谟脩裟Ｊ较翪PSR的部分域是不能操作的，因此CPSR的部分域被屏蔽后就是APSR。

CPSR寄存器組成

在所有模式下均可以訪問到CPSR，只是在用戶模式下CPSR的部分域是不能操作的，當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器（CPSR）的位組成如下圖所示：

Snipaste_2023-09-08_20-34-48

各個(gè)位域的說明如下：

處理器各個(gè)模式的編碼如下圖所示：

Snipaste_2023-09-01_20-59-03

APSR寄存器組成

在用戶模式下，用戶程序能夠操作的CPSR寄存器位域是有限制的，對CPSR寄存器的部分位域屏蔽之后就是APSR了，應(yīng)用程序狀態(tài)寄存器（APSR）的位組成如下圖所示：

Snipaste_2023-09-11_20-03-04

從上圖可以看出，APSR只能訪問N，Z，C，V，Q和GE[3:0]這些標(biāo)志位，這些標(biāo)志位的含義和CPSR中對應(yīng)標(biāo)志位的含義一樣。

SPSR

備份程序狀態(tài)寄存器（Saved Program Status Register，SPSR）主要用于存儲(chǔ)前一個(gè)執(zhí)行模式的CPSR。FIQ、IRQ、ABT、SVC和UND模式，都有他們自己模式下專用的SPSR。在處理器發(fā)生中斷或者異常時(shí)，處理器會(huì)自動(dòng)的從一個(gè)模式A進(jìn)入到另一個(gè)模式B，模式A的CPSR/APSR將會(huì)自動(dòng)保存到模式B的SPSR中，這樣模式B中的處理程序能夠通過訪問SPSR寄存器得到模式A下CPSR寄存器的信息。

程序狀態(tài)寄存器操作指令

CPS指令

可以通過CPS（Change Processor State）指令來修改處理器模式。CPS指令也可以用來使能或者禁止異常。

CPS指令的語法如下所示：

CPS #mode
CPSIE iflags{, #mode}
CPSID iflags{, #mode}

mode是處理器的模式編碼，比如在從其他模式下切換到SYS模式，使用下述代碼即可：

# 切換到SYS模式
CPS #0x1f

IE使能中斷或者終止。

ID禁止中斷或者終止。

iflags由下面的一種或者幾種組成：

a：表示異步終止（asynchronous abort）；

i：表示中斷（IRQ）；

f：表示快中斷（FIQ）；

下述代碼是CPS指令的一些簡單用法：

# 使能中斷
CPSIE I

# 禁止中斷
CPSID I

# 使能異步終止和快中斷
CPSIE AF

# 禁止異步終止和快中斷
CPSID AF

# 使能中斷并切換到SYS模式
CPSIE I, #0x1f

MRS與MSR指令

MRS和MSR指令可用于讀寫程序狀態(tài)寄存器CPSR，APSR和SPSR。

在ARM處理器中，只有MRS指令可以從程序狀態(tài)寄存器CPSR，APSR和SPSR中讀出數(shù)據(jù)到通用寄存器中。MRS指令操作程序狀態(tài)寄存器的語法如下：

MRS{cond} Rd, psr

cond為條件碼。

Rd為目標(biāo)寄存器，Rd不允許為R15。

psr為程序狀態(tài)寄存器CPSR，APSR或者SPSR。

MRS指令的示例代碼如下所示：

# 將CPSR寄存器的值讀取到R0中
MRS R0, CPSR

# 將SPSR寄存器的值讀取到R1中
MRS R1, SPSR

# 將APSR寄存器的值讀取到R2中
MRS R2, APSR

MSR指令可以用來寫程序狀態(tài)寄存器CPSR，APSR和SPSR的全部或者部分域。MSR指令操作程序狀態(tài)寄存器的語法如下：

MSR{cond} psr, #constant
MSR{cond} psr, Rm
MSR{cond} psr_fields, #constant
MSR{cond} psr_fields, Rm

cond為條件碼。

psr為程序狀態(tài)寄存器CPSR或者SPSR。

constant是一個(gè)8位立即數(shù)。ARM文檔對于constant的介紹如下：

constant is an 8-bit pattern rotated by an even number of bits within a 32-bit word. (Not available in Thumb.)

Rm是源寄存器。

fields由下面的一個(gè)或者多個(gè)組合而成：

c：xPSR[7:0]，控制位域；

x：xPSR[15:8]，擴(kuò)展位域；

s：xPSR[23:16]，狀態(tài)位域；

f：xPSR[31:24]，標(biāo)志位域；

MSR指令的示例代碼如下所示：

# 切換到SYS模式
MRS R0, CPSR
ORR R0, R0, #0x1f
MSR CPSR, R0

# 切換到SYS模式
MSR CPSR_c, #0xDF

只有在除用戶模式外的其他模式下才能夠修改狀態(tài)寄存器。

審核編輯：湯梓紅