ARC学习（2）基本编程模型认识（二）

笔者继续来学习一下arc的编程模型的寄存器信息。

1、core寄存器深入

• 参数寄存器：r0-r7，8个参数，
• 暂存器：r10-r15
• 保存寄存器：r16-r25 调用函数需要保存的寄存器
• 指针寄存器：gp（全局指针）、fp（栈顶指针）、sp（栈底指针）
• 链接寄存器：ilink（异常链接寄存器）、blink（分支链接寄存器）
• 通用目的寄存器：genaral purpose reg，不是暂存器也不是保存寄存器
• 程序寄存器：PCL = PC & 0xFFFF FFFC ，PC 在arc里面是辅助寄存器，反应的时候实际的指令地址，其是只读半字对齐的寄存器。

1.1、指针寄存器

指针寄存器有三个，分别为gp（全局指针）、fp（栈顶指针）、sp（栈底指针），分别使用r26，r27，28寄存器来表示。

• gp（全局指针）:指向一些贯穿整个程序执行的时候的共享数据，（暂时没用到过）。
• fp（栈顶指针）:指向当前栈帧的基地址，
• sp（栈底指针）:指向当前帧的实时地址，（向下递减）
  具体可参考寄存器的理解 ===》FP、SP、LR寄存器。

只要关注一下sp指针即可，其他不常用，例如是否栈溢出等等。

1.2 链接寄存器

链接寄存器有两个，ilink（异常链接寄存器 r29）、blink（分支链接寄存器 r31）

• ilink（异常链接寄存器）：进入中断或者异常时，该值会被修改成返回的地址，所以其不能一直保持该值，除非在某种中断下面一直执行程序。且用户模式下不能获取其值，否则会进入异常。
• blink（分支链接寄存器）：常规的链接寄存器，当进行函数跳转时，会保存下一条指令的地址到blink。
  

1.3 PC寄存器

程序寄存器：PCL = PC & 0xFFFF FFFC ，PC 在arc里面是辅助寄存器，反应的时候实际的指令地址，PCL 是只读字对齐（4字节）的寄存器。

1.4 其他寄存器

r30：存储 长（long 类型）的立即数，便于高位操作指令
r60：循环寄存器，记录循环次数寄存器，

同时由两个辅助寄存器LP_START和LP_END来完成循环，指示循环体。
LP_START：循环开始的地址
LP_END：循环结束的地址

总的流程如下图所示（下图1）：

1. 从LP_START开始，判断下一条指令是否是LP_END，如果不是，PC继续指向下一条指令，
2. 如果是最后一条指令，则判断LP_COUNT是否为1，不为1，则PC执行LP_START，然后LP_OUNT 减1，然后继续循环
3. 如果是最后一条指令，且LP_COUNT为1，则PC=LP_END，同时LP_COUNT=LP_COUNT-1，则为0
4. 因为是先循环，然后再减1，所以到1时，循环结束
5. 如果LP_COUNT开始的时候为0，则会进行2^32-1次，下图3
   
   
   

2、辅助寄存器介绍

2.1 status32状态寄存器

主要功能：使能或者禁止处理器内部的一些行为，包括一指示结果的flag。

• 用户模式：只能读ZNCV这些Flag bits，其他读出来都是0
• 内核模式：所有位均可以读出来。
  

介绍一下相对比较关心的BIT：

• IE（31Bit）：处理器的中断是否使能，0：禁止中断，1：使能中断，且在中断优先级之上E[3:0+ ]的中断。如果处理器没有中断，配置位（HAS_INTERRUPT），则该位无效。

• AD（20Bit）：Disable Align Checking：1：禁止数据对齐检查，默认是0。如果为0，进行常规的对齐，否则会进入EV_Misaligned，数据访问非对齐。

  • 64位和32位按照：32位对齐
  • 16位：16位对齐，
  • 8位：没有对齐要求

• SC（14Bit）：Enable stack checking exception：使能栈检查异常，通过栈基地址和顶地址，可确认是否栈溢出，如果溢出，则进入异常。栈检查异常：EV_ProtV，异常向量：0x6，偏移：0x18，异常code：根据错误类型决定，para：0x2
  
  异常类型：内存读异常，内存写异常，内存读改写异常（有点像某些外设寄存器读清零等）
  
  
  

• DZ（13Bit）：DivZero exception Enbale，除0异常使能，EV_DivZero，但是没有硬件除法器时，该位被忽略。

• U（7Bit）：User Mode，1为用户模式，限制一些特权机制特权指令的执行。

• AE（5Bit）：状态代表进入异常，ERET 寄存器有效，代表异常返回的地址，

• E[3:0]（1-4Bit）：代表处理器优先级门限，在大于该门限时才有效中断。从0-15，0最高优先级。如果每个中断一个优先级，则16个中断向量每个中断对应一个优先级，通过中断选择select和中断使能去配置。看上图的例子，优先级阈值为2。

寄存器如下图所示：

status32_P0：快速中断时，会使用该备份寄存器。进入和退出时，会拷贝和返回。

2.2 中断相关寄存器

• 中断向量基地址寄存器：低10位无效，高22位有效，即按2^10 = 1024对齐，可以动态修改。
  
  复位时，会从中断基地址config去加载值（Interrupt Vector Base Addres Configuration），
  

• 中断选择寄存器：选择一个中断去配置，比如优先级之类，会选择到对应的bank 寄存器。
  

• 中断优先级寄存器：每个中断都由一个优先级寄存器，可以通过select去选择。
  

• 中断触发寄存器：备份寄存器，设置是脉冲触发或者电平触发，通过脉冲取消寄存器消除。
  

• 中断使能寄存器：备份寄存器，每个中断都有一个，使能或者禁止中断。
  

• 中断脉冲取消寄存器：脉冲触发中断会被自动清除。
  

• 中断缓存寄存器：备份寄存器，指示当前哪个中断处于等待状态，通过select去查看，只读寄存器
  

• 中断状态寄存器：备份寄存器，查看select选择的寄存器的状态信息。
  

• 软件中断触发寄存器：写对应的中断号可以软件触发中断。
  

2.4 异常相关寄存器

• 异常返回寄存器：当异常发生时，会将异常的返回地址保存到该地址处，最低位为0，2byte对齐。
  

• 异常状态寄存器：异常发生时，保存status32到estatus里面，退出时，再恢复。
  

• 异常原因寄存器：表明当前发生异常的向量号，异常原因，以及参数信息。有些异常共享同一个向量地址，所以需要触发原因来区分。
  
  

• 异常错误地址寄存器：表明异常发生时的地址。
  
  

3、操作权限介绍

操作权限决定了是否一个任务可以有权限执行特权指令或者获取一个保护状态。
arc V2 指令集里面规定只有两种操作模式：特权模式和用户模式。

一些特权说明如下框图所示：

一些场景下面必须是特权模式，所有会从用户模式切到特权模式，或者从特权模式切回用户模式。
用户模式切到异常模式

• 中断
• 异常
• Reset 或者机制检查异常
• trap、swi等

异常模式切回用户模式

• 中断返回
• 异常返回

中断或者异常会调整一些寄存器来讲进入特权模式，包括ERET、ILINK、BLINK 、ERSTATUS、STATUS_P0和AUX_IRQ_ACT。

• ERET：异常返回的地址exception return address
• ERSTATUS：exception status，从status32 copy
• STATUS_P0：P0级别的status32 备份寄存器
• AUX_IRQ_ACT：记录当前操作中断的优先级，指示处理器是否能处理嵌套一些中断事件（用来表示当前中断的优先级，指示已经触发的中断能否嵌套处理）。同时也要结合Status32 E 来决定是否可以处理。