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一、试验目标
（1）通过试验把握学会应用 msr/mrs 指令实现 ARM 处理器工作模式的切换，察看不同模式下的寄存器，加深对 CPU 构造的了解；
（2）通过试验把握 ld 中如何应用命令行指定代码段起始地址。
二、试验环境
硬件：PC 机。
软件：ADS1.2 集成开发环境
三、试验内容
通过 ARM 汇编指令，在各种处理器模式下切换并察看各种模式下寄存器的区别；把握 ARM 不同模式的进入与退出。
四、试验要求
(1) 依照 2.3 节介绍的办法, 在 ADS 下创立一个工程 asmmodelab，实现各个模式下的堆栈初始化工作, 并将 R1-R12 的内容存入以后模式下堆栈。通过 AXD 使用单步执行形式调试程序，验证工作模式的切换，留神察看 CPSR 寄存器中的变动。随着程序调试过程中在模式间的切换，应用寄存器观察器切换到不同的工作模式下察看 SP（R13）的变动状况。
(2) 试验过程中请记录并思考以下内容：
1）程序复位之后零碎处于什么模式？
2）记录每种模式下的初始堆栈指针，以及执行 R1-R12 内容压栈后本模式堆栈相干内存单元的数值。并剖析疾速中断 FIQ 模式与其余模式存入的 R1-R12 有什么不同。
3）切换成用户模式之后还是否从用户模式切换到其余模式（如零碎模式）？
4）用户模式下是否执行堆栈压栈操作？如果能得话，察看用户模式下压栈之前和压栈之后其堆栈区域的变动状况。
5）察看本程序模式切换过程中 SPSR 有无变动，并解释其起因。
五、试验状况
1、试验源代码（含正文）：
usr_stack_legth equ 64 ; 定义各个模式的栈空间长度
svc_stack_legth equ 32
fiq_stack_legth equ 16
irq_stack_legth equ 64
abt_stack_legth equ 16
und_stack_legth equ 16
area reset,code,readonly ; 定义 code 片段 reset 只读
entry ; 设置程序入口伪指令
code32 ; 定义前面的指令为 32 位的 ARM 指令
; 设置各个寄存器中的内容
start mov r0,#0
mov r1,#1
mov r2,#2
mov r3,#3
mov r4,#4
mov r5,#5
mov r6,#6
mov r7,#7
mov r8,#8
mov r9,#9
mov r10,#10
mov r11,#11
mov r12,#12
bl initstack ; 跳转至 initstack，并且初始化各模式下的堆栈指针，关上 IRQ 中断 (将 cpsr 寄存器的 i 位清 0)
mrs r0,cpsr ;r0<--cpsr
bic r0,r0,#0x80 ;cpsr 的 I 地位 0，开 IRQ 中断
msr cpsr_cxsf,r0 ;cpsr<--r0
; 切换到用户模式
msr cpsr_c,#0xd0 ; 设置 11010000，其中 I，F 地位 1，禁止 IRQ 和 FIQ 中断，T=0，ARM 执行，M[4：0] 为 10000，切换到用户模式
mrs r0,cpsr ;r0<--cpsr
stmfd sp!,{r1-r12} ; 将 R1-R12 入栈
; 察看用户模式是否切换到其余模式
; 切换到管理模式
msr cpsr_c,#0xdf ; 设置 11011111，其中 I，F 地位 1，禁止 IRQ 和 FIQ 中断，T=0，ARM 执行，M[4：0] 为 11111，切换到零碎模式
mrs r0,cpsr ;r0<--cpsr
stmfd sp!,{r1-r12} ; 将寄存器列表中的 r1-r12 寄存器存入堆栈
halt b halt ; 从 halt 跳转到 halt 循环
initstack mov r0,lr ; r0<--lr, 因为各种模式下 r0 是雷同的而各个模式不同
; 设置管理模式堆栈
msr cpsr_c,#0xd3 ; 设置 11010011 切换到管理模式
ldr sp,stacksvc ; 设置管理模式堆栈地址
stmfd sp!,{r1-r12} ;R1-R12 入栈，满递加模式
; 设置中断模式堆栈
msr cpsr_c,#0xd2 ; 设置 11010010 切换到中断模式
ldr sp,stackirq ; 设置中断模式堆栈地址
stmfd sp!,{r1-r12} ;R1-R12 入栈，满递加模式
; 设置疾速中断模式堆栈
msr cpsr_c,#0xd1 ; 设置 11010001 切换到疾速中断模式
ldr sp,stackfiq ; 设置疾速中断模式堆栈地址
stmfd sp!,{r1-r12} ;R1-R12 入栈，满递加模式
; 设置停止模式堆栈
msr cpsr_c,#0xd7 ; 设置 11010111 切换到停止模式
ldr sp,stackabt ; 设置停止模式堆栈地址
stmfd sp!,{r1-r12} ;R1-R12 入栈，满递加模式
; 设置未定义模式堆栈
msr cpsr_c,#0xdb ; 设置 11011011 切换到未定义模式
ldr sp,stackund ; 设置未定义模式堆栈地址
stmfd sp!,{r1-r12} ;R1-R12 入栈，满递加模式
; 设置零碎模式堆栈
msr cpsr_c,#0xdf ; 设置 11011111 切换到零碎模式
ldr sp,stackusr ; 设置零碎模式堆栈地址
stmfd sp!,{r1-r12} ;R1-R12 入栈，满递加模式
mov pc,r0 ; 返回
; 为各模式堆栈开拓一段间断的字存储空间
stackusr dcd usrstackspace+(usr_stack_legth-1)*4
stacksvc dcd svcstackspace+(svc_stack_legth-1)*4
stackirq dcd irqstackspace+(irq_stack_legth-1)*4
stackfiq dcd fiqstackspace+(fiq_stack_legth-1)*4
stackabt dcd abtstackspace+(abt_stack_legth-1)*4
stackund dcd undstackspace+(und_stack_legth-1)*4
; 定义 data 段并命名
area reset,data,noinit,align=2
; 为各模式堆栈调配存储区域
usrstackspace space usr_stack_legth*4
svcstackspace space svc_stack_legth*4
irqstackspace space irq_stack_legth*4
fiqstackspace space fiq_stack_legth*4
abtstackspace space abt_stack_legth*4
undstackspace space und_stack_legth*4
end2、试验过程（含后果截图及相应文字解释）：
试验过程中请记录并思考以下内容：
1）程序复位之后零碎处于什么模式？
由上可知，零碎复位后处于管理模式。
2）记录每种模式下的初始堆栈指针，以及执行 R1-R12 内容压栈后本模式堆栈相干内存单元的数值。并剖析疾速中断 FIQ 模式与其余模式存入的 R1-R12 有什么不同。
①管理模式
由上图可知，管理模式初始指针为 0x8244。
执行 R1-R12 内容压栈后本模式堆栈相干内存单元的数值如上图所示，可知压栈后，堆栈指针变为 0x8214，离初始的堆栈指针 0x30 字节，即 12 个字 (32 位零碎)，从内存单元的数值能够看到别离与 R1-R12 存储的数值对应。
②中断模式
由上图可知，中断模式初始指针为 0x8344。
执行 R1-R12 内容压栈后本模式堆栈相干内存单元的数值如上图所示，可知压栈后，堆栈指针变为 0x8314，离初始的堆栈指针 0x30 字节，即 12 个字 (32 位零碎)，从内存单元的数值能够看到别离与 R1-R12 存储的数值对应。
③疾速中断模式
由上图可知，疾速中断模式初始指针为 0x8384。
执行 R1-R12 内容压栈后本模式堆栈相干内存单元的数值如上图所示，可知压栈后，堆栈指针变为 0x8354，离初始的堆栈指针 0x30 字节，即 12 个字 (32 位零碎)，从内存单元的数值能够看到别离与 R1-R7 存储的数值对应，阐明该模式下仅能压入 R1-R7，因为疾速中断模式有本人的 R8-R12。
④停止模式
由上图可知，停止模式初始指针为 0x83C4。
执行 R1-R12 内容压栈后本模式堆栈相干内存单元的数值如上图所示，可知压栈后，堆栈指针变为 0x8394，离初始的堆栈指针 0x30 字节，即 12 个字 (32 位零碎)，从内存单元的数值能够看到别离与 R1-R12 存储的数值对应。
⑤未定义模式
由上图可知，未定义模式初始指针为 0x8404。
执行 R1-R12 内容压栈后本模式堆栈相干内存单元的数值如上图所示，可知压栈后，堆栈指针变为 0x83D4，离初始的堆栈指针 0x30 字节，即 12 个字 (32 位零碎)，从内存单元的数值能够看到别离与 R1-R12 存储的数值对应。
⑥零碎模式
由上图可知，零碎模式初始指针为 0x81C4。
执行 R1-R12 内容压栈后本模式堆栈相干内存单元的数值如上图所示，可知压栈后，堆栈指针变为 0x8194，离初始的堆栈指针 0x30 字节，即 12 个字 (32 位零碎)，从内存单元的数值能够看到别离与 R1-R12 存储的数值对应。
⑦用户模式：
由上图可知，用户模式初始指针为 0x8194。
执行 R1-R12 内容压栈后本模式堆栈相干内存单元的数值如上图所示，可知压栈后，堆栈指针变为 0x8164，离初始的堆栈指针 0x30 字节，即 12 个字 (32 位零碎)，从内存单元的数值能够看到别离与 R1-R12 存储的数值对应。
3）切换成用户模式之后还是否从用户模式切换到其余模式（如零碎模式）？
由上图可知，当进行切换管理模式时，模式仍是用户模式，因而可知切换成用户模式之后，不能操作 CPSR 返回到其余模式。
4）用户模式下是否执行堆栈压栈操作？如果能得话，察看用户模式下压栈之前和压栈之后其堆栈区域的变动状况。
压栈前：
压栈后：
压栈后存储单元状况：
答：用户模式下能够执行堆栈压栈操作，且以 4 个字节（1 个字）为单位进行压栈操作，压栈前堆栈区域状况如左图，压栈后如右图所示，对应的存储单元状况如上图。
5）察看本程序模式切换过程中 SPSR 有无变动，并解释其起因。
答：除了用户模式和零碎模式，其余模式下都有一个公有 SPSR 保留状态寄存器. 用来保留切换到该模式之前的执行状态，SPSR 是异样模式的程序状态保留寄存器, 当特定的异常中断产生时，这个寄存器寄存 CPSR 的内容，在异常中断退出时，能够用 SPSR 来复原 CPSR，然而通过观察可知，整个切换过程中没有异样的产生，因而 SPSR 没有变动。
六、总结
ARM 处理器模式别离是 usr（用户模式），fiq（疾速中断模式），irq（通用中断模式），svc（管理模式），abt（终止模式），sys（零碎模式）以及 und（未定义模式）。也通过 ARM 指令，实现了 ARM 不同模式的进入与退出，切换各种处理器模式，并察看各种模式下寄存器的区别。当特定的异样呈现时，进入相应的模式。每种模式都有某些附加的寄存器，以防止异样呈现时用户模式的状态不牢靠。此外也应用状态寄存器到通用寄存器的传送指令（MRS）以及通用寄存器到状态寄存器的传送指令（MSR），批改状态寄存器通过“读取-批改-写回”三个步骤操作来实现。
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