2.2 ARM体系结构

🔴 超高频考点，大量选择题和填空题

ARM工作状态

ARM处理器有两种工作状态：

状态	指令宽度	特点
ARM状态	32位指令	性能更强
Thumb/Thumb-2状态	16位（Thumb）或16/32位混合（Thumb-2）	代码密度更高，占存储空间小

还有一种： - 调试状态（某些核有）

选择题

错误说法："ARM状态既支持16位指令宽度也支持32位指令宽度" → 错误！ ARM状态只有32位指令，Thumb状态才是16位

正确说法： - ARM处理器复位后总处于ARM状态 ← 这个是正确的 - Thumb状态代码密度大于ARM状态，占存储空间小 ← 正确

官方样题第12题：哪个说法错误？答：B（ARM状态支持16位指令是错的）

ARM 7种工作模式

ARM处理器有7种工作模式，对应不同的权限和场景：

模式	英文	触发方式
用户模式	User	正常应用程序运行
快速中断模式	FIQ	快速中断发生时
外部中断模式	IRQ	外部中断发生时
管理模式	Supervisor	复位/软件中断SWI后进入
数据访问中止	Abort	内存访问失败
未定义指令	Undefined	执行未知指令
系统模式	System	特权级用户模式

CPSR寄存器

CPSR（Current Program Status Register）= 当前程序状态寄存器

这个寄存器非常重要，它记录了： - 当前工作状态（ARM/Thumb） - 当前工作模式（User/FIQ/IRQ等） - 是否允许 IRQ 中断 - 是否允许 FIQ 中断 - 条件标志位（N/Z/C/V）

选择题

问：要设置ARM处理器工作在外部中断模式，允许IRQ，禁止FIQ，使用Thumb状态，需要设置哪个寄存器？

答：C）CPSR

PSP和MSP是Cortex-M的栈指针寄存器，SPSR是保存的程序状态寄存器（中断时保存CPSR）。设置当前工作状态和模式 → 修改 CPSR

ARM寄存器组织

ARM处理器内部有很多寄存器：

通用寄存器：R0~R12（共13个）
栈指针：R13（SP）
链接寄存器：R14（LR）— 存放子程序返回地址
程序计数器：R15（PC）— 存放下一条指令地址

重要

调用子程序时： - BL label → 跳转并把返回地址存入 LR（R14） - MOV PC, LR → 把LR的值放回PC，实现返回

ARM 7种异常

填空题必考，必须背下来！

7种异常（按优先级从高到低）：

1. 复位（Reset）          ← 优先级最高
2. 快速中断请求（FIQ）
3. 外部中断请求（IRQ）
4. 指令预取中止（PABT）
5. 数据访问中止（DABT）
6. 软件中断（SWI）
7. 未定义指令（UND）      ← 优先级最低

填空题： - 7种异常包括：复位RESET、未定义指令UND、软件中断SWI、指令预取中止PABT、数据访问中止DABT、外部中断请求IRQ及__，其中优先级最高的异常是____。 - 答：快速中断（FIQ）；复位（RESET）

大端模式与小端模式

这是高频选择题，需要会手算。

通俗解释： - 大端（Big-Endian）：高位字节存在低地址（像写书一样，从前往后） - 小端（Little-Endian）：低位字节存在低地址（ARM默认是小端，但支持大端）

计算题（必须会做）

题目：内存中： - 0x80000000 → 0x33 - 0x80000001 → 0x31 - 0x80000002 → 0x30 - 0x80000003 → 0x35

问：ARM在大端模式下，地址0x80000000所指示的一个字（4字节）是？

大端模式解析：最低地址存最高字节 - 最高字节（byte3）在地址0x80000000 = 0x33 - byte2在0x80000001 = 0x31 - byte1在0x80000002 = 0x30 - 最低字节（byte0）在0x80000003 = 0x35

所以这个字 = 0x33313035

答：D）0x33313035

（小端模式的话，最低地址存最低字节，结果就是反过来）

数据类型

ARM支持的数据类型： - 字节（Byte）：8位 - 半字（Half-Word）：16位 - 字（Word）：32位

记住后缀： - B = Byte（字节） - H = Half-word（半字） - 无后缀 = Word（字，32位）

真题演练

以下是NCRE三级嵌入式真题中与本节相关的典型考题：

1. 关于ARM处理器的工作模式，以下说法错误的是（）。

A）用户模式是程序正常执行的模式
B）快速中断模式处理高速中断，用于高速数据传输或通道处理
C）管理模式用于操作系统的保护模式，处理软中断
D）系统模式用于处理未定义的指令陷阱

答案解析

答：D 系统模式是运行具有特权的操作系统任务，而非处理未定义指令。处理未定义指令的是未定义指令模式（UND）。ARM的7种工作模式要准确区分各自用途。

2. 以下关于ARM处理器CPSR寄存器说法错误的是（）。

A）CPSR记录ARM的工作状态
B）CPSR决定ARM工作模式
C）CPSR可设定是否允许外部中断和快速中断
D）CPSR是ARM的控制寄存器

答案解析

答：D CPSR的全称是当前程序状态寄存器（Current Program Status Register），不是控制寄存器。它包含条件码标志、中断禁止位、当前处理器模式以及其他状态和控制信息。A、B、C三项描述均正确。

3. ARM处理器如果R1=0x98001200，已知在小端模式下，内存0x98001204中存放数据0x35，0x98001205中存放数据0x36，0x98001206中存放数据0x37，0x98001207中存放数据0x38，在指令LDR R0，[R1，#4]执行后，R0中的值为（）。

A）0x35363738
B）0x36353837
C）0x38373635
D）0x37383536

答案解析

答：C 首先，LDR R0，[R1，#4]从地址R1+4=0x98001204处加载一个字。在小端模式下，低地址存低字节：0x98001204存的0x35是最低字节（byte0），0x98001207存的0x38是最高字节（byte3）。因此读出的字为0x38373635。

4. 【填空题】经典ARM处理器有7种异常：主要包括复位RESET、未定义指令UND、软件中断SWI、指令预取中止PABT、数据访问中止DABT、外部中断请求IRQ以及_，其中优先级最高的异常是_。

答案

答：快速中断FIQ；复位RESET ARM的7种异常按优先级从高到低：复位 > 快速中断FIQ > 外部中断IRQ > 指令预取中止 > 数据访问中止 > 软件中断 > 未定义指令。

5. 【填空题】在ARM处理器中，R0~R15是通用寄存器，其中作为堆栈指针SP使用的寄存器是_，作为程序链接寄存器LR使用的是_。

答案

答：R13；R14 ARM通用寄存器中，R13用作堆栈指针（SP），R14用作程序链接寄存器（LR，存放子程序返回地址），R15用作程序计数器（PC）。