數(shù)據(jù)傳送指令之： 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

指 令

作 用

操 作

MRS

把程序狀態(tài)寄存器的值送到一個(gè)通用寄存器

Rd=SPR

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。

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。

（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

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。

（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

（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]

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