嵌入式:交换指令之SWP,MRS,MSR

时间:2022-12-23 11:22:29

存储器与寄存器交换指令(SWP)

交换指令把字或无符号字节的读取和存储组合在了一条指令中。这种组合指令通常用于不能被外部其他存储器访问(如:DMA访问)打断的存储器操作。一般用于处理器之间或处理器与DMA控制器之间共享信息的互斥访问。

二进制编码格式

嵌入式:交换指令之SWP,MRS,MSR

汇编格式

SWP{<cond>} {B} Rd,Rm,[Rn]

本指令将存储器中地址为Rn处的字(B=0)或无符号字节(B=1)读入寄存器Rd,同时,将Rm中同样类型的数据存入存储器中相同的位置。Rd和Rm可以相同,但与Rn应该不同。另外,PC不能出现在该指令中。

举例

LDR  R0,SEMAPHORE
SWPB R1,R1,[R0] ;交换字节,将存储器单元[R0]中的字节数据读取到R1中,同时,将R1中的数据写入到存储器单元[R0]中
SWP R1,R2,[R3]; 交换字数据,将存储单元[R3]中的字数据读取到R1中,同时,将R2中的数据写入到存储单元[R3]中。

状态寄存器与通用寄存器之间的传送指令

ARM指令中有两条指令,用于在状态寄存器和通用寄存器之间传送数据。修改状态寄存器一般是通过“读取-修改-写回”三个步骤的操作来实现的。 这两条指令分别是:

  • 状态寄存器到通用寄存器的传送指令(MRS)
  • 通用寄存器到状态寄存器的传送指令(MSR)

MRS

MRS指令用于将状态寄存器的内容传送到通用寄存器中,它主要用于以下3种场合:

  1. 通过“读-修改-写”修改状态寄存器的内容。MRS用于将状态寄存器的内容读到通用寄存器中,以便修改。
  2. 当异常中断允许嵌套时,需要在进入异常中断后,嵌套中断发生之前,保存当前处理器模式的SPSR。这是需要先通过MRS指令读出SPSR的值,然后用其他指令将SPSR的值保存起来。
  3. 当进程切换时,也需要保存当前寄存器的值。

MRS的二进制编码

嵌入式:交换指令之SWP,MRS,MSR

这里R用来区分是将CPSR还是SPSR拷贝到目的寄存器Rd,全部32位都被拷贝。

汇编格式

MRS{<cond>} Rd,CPSR|SPSR

举例:

MRS   R0,CPSR  ;将CPSR传送到R0 
MRS R3,SPSR ;将SPSR传送到R3

注意事项:

不能通过该指令修改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等指令实现程序状态切换。

在用户或系统模式下没有可以访问的SPSR,所以SPSR形式在这些模式下不能用。

当修改CPSR或SPSR时,必须注意保存所有未使用位的值。
这条指令不影响条件标志码。

MSR

MSR的二进制编码如下:

嵌入式:交换指令之SWP,MRS,MSR

操作数可以是一个寄存器Rm也可以是带循环移位的8位有效立即数,在域屏蔽的控制下传送到CPSR或SPSR。

域屏蔽控制PSR中4字节的更新,其中第16位控制PSR[7:0]是否更新,第17位控制PSR[15:8],第18位控制PSR[23:16],第19位控制PSR[31:24]。使用立即数时,只有PSR[31:24]可选择。

其汇编格式如下:

MSR{<cond>} CPSR_f | SPSR_f,#<32-bit immediate>
MSR{<cond>} CPSR_<field> | SPSR_<field>,Rm

这里的<field>表示下列情况之一:

  • c---控制域,对应PSR[7:0]
  • x---扩展域,对应PSR[15:8](在当前ARM中未使用)
  • s---状态域,对应PSR[23:16](在当前ARM中未使用)
  • f---标志位域,对应PSR[31:24]

嵌入式:交换指令之SWP,MRS,MSR

举例:

  1. 设置N、Z、C和V标志位
MSR    CPSR_f,#0xF0000000  ;设置所有标志位
  1. 仅设置C标志位,保存N、Z和V
MRS    R0,CPSR      ;将CPSR传送到R0
ORR R0,R0,#0x200000000 ;设置R0的第29位
MSR CPSR_f,R0 ;传送回CPSR
  1. 从监控模式切换到IRQ模式
MRS   R0,CPSR       ;将CPSR传送到R0
BIC R0,R0,#0x1F ;低5位清0
ORR R0,R0,#0x12 ;设置为IRQ模式
MSR CPSR_c,R0 ;传送回CPSR

注意事项:

在用户模式下不能对CPSR[23:0]做任何修改。

在用户或系统模式下没有SPSR,所以应尽量避免在这些模式下访问SPSR。

在嵌套的异常中断处理中,当退出中断处理程序时,通常通过MSR指令将事先保存了的SPSR内容恢复到当前程序状态寄存器CPSR中。

在修改的状态寄存器位域中包括未分配的位时,避免使用立即数方式的MSR指令。

不能通过该指令直接修改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等指令来完成程序状态的切换。

参考文献:

孟祥莲.嵌入式系统原理及应用教程(第2版)[M].北京:清华大学出版社,2017.