上一篇介绍了关于学习ARM的开发环境以及工程文件编译过程，今天，学习了关于ARM的CPU工作模式以及ARM寄存器部分，现整理一下笔记。
一、ARM指令集与Thumb指令集
ARM指令集的指令是32位的，但为了兼容16位数据总线的应用系统和解决代码密度问题而提出了16位的Thumb指令集。代码密度就是单位存储空间中包含的指令的个数。就例如1k的存储空间能装32条ARM指令，但能装64条Thumb指令。所以，Thumb指令集可以大大节省了系统的存储空间。
但Thumb不是一个完整的体系结构，它不能实现ARM指令的全部功能，它必须要借助于ARM指令集。因此，运行程序时，需要ARM工作状态与Thumb 工作状态之间进行切换。后来，推出了Thumb-2指令集，改善了Thumb的性能，添加了一些32位的Thumb指令用来解决Thumb功能不全的问题。现Thumb-2已经可以实现ARM指令集的所有功能，不必再进行ARM与Thumb工作状态的切换。所有Cortex-A 系列都支持Thumb-2技术。
二、ARM CPU处理器模式
ARM架构有9种处理器模式，其中有8种特权模式与1种非特权模式的用户模式。（见下图）
（1）用户模式下只能执行一般的指令，不能访问受操作系统保护的资源。例如不能访问硬件，不能访问受保护的内存，不能访问受保护的数据等等。而特权模式下，可以访问所有系统资源而且可以进行直接模式切换。所有应用程序都只能在用户模式进行，而且不能直接进行模式切换。如果应用程序需要进行特殊访问，则这时应用程序需产生异常处理，请求操作系统替它完成任务，这时，操作系统把用户模式切换成特权模式，进行任务，完成后切换回用户模式继续执行应用程序。这样的体系结构能使操作系统能控制整个系统的资源。
（2） 处理器模式可以通过软件控制切换，外部中断或异常处理过程切换。
（3）下面简单介绍一下几个常见的模式：
FIQ模式：快速中断模式，当一个高优先级中断产生时进入该模式，一般用于高速数据传输以及通道处理。
IRQ模式：外部中断模式，当一个低优先级中断产生时进入该模式，一般用于通常中断处理。
Svc模式：特权模式，当处理器复位引脚有效时，进入该模式，程序跳转到复位异常中断处理程序处执行。复位异常中断通常 用于系统上电和系统复位两种情况。还有软中断指令执行时，也进入该模式。软中断是通过一条具体指令SWI，引发中断操作，实现从用户模式切换到特权模式并执行特权程序。
SYS模式：系统模式，该模式不是异常处理进入，并且与用户模式具有完全一样的寄存器，用于运行操作系统的特权任务，这样可以保证在异常发生时，维持操作系统的运行的特权任务能够正常运行。
ABT模式：数据访问终止模式，当数据访问的目标地址不存在或不允许时， 存储器就发出数据中止信号，处理器接收到信号进入该模式。
Undef模式：未定义指令中止模式：未定义异常就是内存中的程序指令处理器识别不了，这时进入该模式。未定义指令异常可用于在没有物理协处理器的系统上，对协处理器进行软件仿真，或通过软件仿真实现指令集扩展。为了更好的理解这个模式，先简单引入协处理器的这个概念。协处理器是一种芯片,用于减轻系统微处理器的特定处理任务。最常使用的协处理器是用于控制片上功能的系统协处理器，例如高速缓存存储器管理单元等。举个例子，在有浮点运算系统中，程序要进行浮点运算，ARM向协处理器发出指令，浮点协处理器收到指令会返回一个应答信号，ARM收到应答信号，继续执行程序。如果在没有浮点运算系统中，ARM没有收到应答信号，那就认为没有相应的物理协处理器，就产生未定义指令异常，可通过软件模拟硬件操作，可用浮点运算软件模拟包来支持浮点运算。
三、各个cpu模式的寄存器
ARM 处理器共有37个寄存器，其中包括31个通用寄存器，6个状态寄存器。（都是32位寄存器）
每一种异常模式都有一组专用寄存器。当应用程序发生异常中断时，可以保证在进入异常模式时用户模式的寄存器不被破坏。
1.R0~R12 是通用寄存器，放通用数据，各个模式的R0~R12是与USR模式共享（除了FIQ,R8-R12）。注意：Thumb指令集下只能访问R0~R7低寄存器。
2.R13（SP）：堆栈指针寄存器，每一种异常模式都有其自己独立的r13，指向各模式所对应的专用堆栈，这表明ARM处理器允许用户程序有6个堆栈空间。
3.R14（LP）：连接寄存器，存储子程序返回地址，跳转指令会自动把返回地址放入R14，子程序把R14复制到PC实现返回。将r14入栈可以处理嵌套中断。
4.R15（PC）：程序计数器，指令分为三个阶段执行（取指，译码，执行）。PC计数器总是指向取指的指令，不是译码不是执行的指令。ARM每条指令4个字节（32位），所以PC的值=当前程序执行位置+8字节。
5.APSR/CPSR：应用程序状态寄存器（用户模式下）/当前程序状态寄存器（特权模式下），该寄存器就是用来存储一些关于运算的信息，包括，条件标志位、中断禁止位、当前处理器模式标志和控制状态位等。
N - ALU负数 Z - ALU零位 C - ALU进位操作 V - ALU操作溢出 Q - 指示增强的DSP运算指令是否发生了溢出
J - 是否Jazelle状态 GE[3:0] - SIMD指令使用 IT[7:2] - Thumb-2指令的if...then...条件执行
E - 操作存储的字节顺序(大端模式、小端模式) A - 是否禁止异步abort I - 是否禁止IRQ
F - 是否禁止FRQ T - 是否使用Thumb指令集 M[4:0] - 当前cpu模式编码
6.SPSR：已存储程序状态寄存器。这个寄存器用于存放当前程序状态寄存器的内容。在异常中断退出时，可以用SPSR来恢复CPSR。由于用户模式和系统模式不是异常中断模式，所以USR没有SPSR。
以上是我学习后整理的一些笔记，如果有任何错误，请各位大神指教。