【教学目标和要求】
通过实验了解嵌入式汇编语言程序结构，完成实验中要求的工作模式切换功能。
【主要仪器设备和药品】
（1）硬件：微机
（2）软件：ADS1.2
【实验要求】
（1）按照实验要求编写汇编语言源程序。
（2）对汇编源程序进行编译、汇编。
（3）对程序进行调试。
（4）观察程序运行结果。
【实验程序】
（1）汇编程序：
本程序将0-12依次移入R0-R12寄存器后，跳转到initstack标号执行模式切换，最后回到跳转点，最终将模式切换为用户模式。
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| usr_stack_legth equ 64
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
entry
code32
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 ;初始化各模式下的堆栈指针
;打开irq中断(将cpsr寄存器的i位清0)
mrs r0,cpsr ; r0<--cpsr
bic r0,r0,#0x80 ; 开IRQ中断
msr cpsr_cxsf,r0 ; cpsr<--r0
;切换到用户模式
msr cpsr_c,#0xd0;110 10000 cpsr[4:0]
mrs r0,cpsr
stmfd sp!,{r1-r12};将r12至依次入栈
;切换到系统模式
msr cpsr_c,#0xdf ;110 11111 cpsr[4:0]
mrs r0,cpsr
stmfd sp!,{r1-r12}
halt b halt
initstack mov r0,lr ; r0<--lr,将连接寄存器的值赋给R0
;设置管理模式堆栈
msr cpsr_c,#0xd3 ; 110 10011 cpsr[4:0]
ldr sp,stacksvc
stmfd sp!,{r1-r12}
;设置IRQ中断模式堆栈
msr cpsr_c,#0xd2 ;110 10010 cpsr[4:0]
ldr sp,stackirq
stmfd sp!,{r1-r12}
;设置FIQ快速中断模式堆栈
msr cpsr_c,#0xd1 ;110 10001 cpsr[4:0]
ldr sp,stackfiq
stmfd sp!,{r1-r12}
;设置中止模式堆栈
msr cpsr_c,#0xd7 ;110 10111 cpsr[4:0]
ldr sp,stackabt
stmfd sp!,{r1-r12}
;设置未定义模式堆栈
msr cpsr_c,#0xdb ;110 11011 cpsr[4:0]
ldr sp,stackund
stmfd sp!,{r1-r12}
;设置系统模式堆栈
msr cpsr_c,#0xdf ;110 11111
ldr sp,stackusr
stmfd sp!,{r1-r12}
mov pc,r0 ;返回
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
area reset,data,noinit,align=2
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
end
|
【实验结果】
1. 程序复位之后系统处于什么模式？
答：
图 1 程序复位后寄存器状态
由上图可知，复位后系统处于管理模式。
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关内存单元的数值。并分析快速中断 FIQ 模式与其他模式存入的 R1-R12 有什么不同。
答：
(1) 管理模式：
图 2 系统切换到管理模式
初始堆栈指针为0x8244
图 3 管理模式下将r0-r12数据入栈
R1-R12压栈后，堆栈指针为0x8214，较初始堆栈指针相距0x30字节，在32位系统即12个字，对应R1-R12的数据。
(2) IRQ中断模式：
图 4 系统切换到IRQ模式
初始堆栈指针为0x8344
图 5 IRQ模式下将r0-r12数据入栈
R1-R12压栈后，堆栈指针为0x8314，较初始堆栈指针相距0x30字节，在32位系统即12个字，对应R1-R12的数据。
(3) FIQ模式：
图 6 系统切换到FIQ模式
初始堆栈指针为0x8384
图 7 FIQ模式下将r0-r12数据入栈
R1-R12压栈后，堆栈指针为0x8354，较初始堆栈指针相距0x30字节，在32位系统即12个字，但FIQ模式下只压入了R1-R7的数据，这是因为在FIQ模式下，可访问的寄存器只有R1-R7，不能访问R8-R12，FIQ模式下有对应自己的R8-R12。
(4) 中止模式：
图 8 系统切换到中止模式
初始堆栈指针为0x83C4
图 9 中止模式下将r0-r12数据入栈
R1-R12压栈后，堆栈指针为0x8394，较初始堆栈指针相距0x30字节，在32位系统即12个字，对应R1-R12的数据。
(5) 未定义模式：
图 10 系统切换到未定义模式
初始堆栈指针为0x8404
图 11 未定义模式下将r0-r12数据入栈
R1-R12压栈后，堆栈指针为0x83D4，较初始堆栈指针相距0x30字节，在32位系统即12个字，对应R1-R12的数据。
(6) 系统模式：
图 12 系统切换到系统模式
初始堆栈指针为0x81C4
图 13 系统模式下将r0-r12数据入栈
R1-R12压栈后，堆栈指针为0x8194，较初始堆栈指针相距0x30字节，在32位系统即12个字，对应R1-R12的数据。
(7) 用户模式：
图 14 系统切换到用户模式
初始堆栈指针为0x8194
图 15 用户模式下将r0-r12数据入栈
R1-R12压栈后，堆栈指针为0x8164，较初始堆栈指针相距0x30字节，在32位系统即12个字，对应R1-R12的数据。
3. 切换成用户模式之后还能否从用户模式切换到其他模式（如系统模式）？
答：如下图当前模式为用户模式，在该模式下执行切换系统模式的代码：
图 16 系统切换到用户模式下
图 17 在用户模式下切换模式结果
可以看到模式仍为用户模式，因此切换成用户模式之后不能从用户模式切换到其他模式，除非异常发生。
4. 用户模式下能否执行堆栈压栈操作？如果能得话，观察用户模式下压栈之前和压栈之后其堆栈区域的变化情况。
答：由问题2的测试可知，用户模式下可以执行堆栈压栈操作，且以4个字节（1个字）为单位进行压栈操作。
5. 观察本程序模式切换过程中 SPSR 有无变化，并解释其原因
答：模式切换过程中SPSR无变化。因为SPSR是异常模式的程序状态保存寄存器，在本程序切换过程中没有异常发生，所以SPSR无变化。
