### ARM经典300问知识点解析
#### 第1章 体系结构
**知识点一：处理器初始模式**
在ARM体系结构中，当系统复位时，CPU会进入一个特定的工作模式，通常称为“复位模式”或者更准确地说是“管理模式”。这种模式允许执行一些关键的初始化任务，比如设置中断向量表、配置内存映射等。
**问题**：请问在初始化CPU堆栈的时候一开始在执行`mov r0, LR`这句指令时处理器是什么模式？
**答案**：此时处理器处于复位后的模式，即管理模式。在这个模式下，可以进行系统的初始化工作，并且可以通过修改CPSR（Current Program Status Register）寄存器来切换到其他模式。
**知识点二：MOV指令中的8位立即数**
在ARM体系结构中，为了节省指令空间，某些指令（如MOV）支持特殊的立即数格式。这种格式允许使用8位的立即数通过循环移位形成更复杂的32位立即数。
**问题**：请教：MOV中的8位图立即数，是怎么一回事？0xF0000001是怎么来的？
**答案**：
1. **8位图立即数**：这是一种特殊的立即数形式，允许使用8位的值通过循环移位来形成更复杂的32位值。这样的设计主要是由于指令长度的限制，不可能直接在32位的指令中包含完整的32位立即数。
2. **0xF0000001**：这个值是通过将8位的值0x1F（即31）进行循环右移4位得到的。具体来说，0x1F表示的是二进制形式下的`00011111`，经过4位的循环右移后变为`11111000`，再将其扩展为32位即为`11111000000000000000000000000001`，即0xF0000001。
**知识点三：合法与非法的8位位图立即数**
为了确保指令的紧凑性和有效性，ARM体系结构规定了一些规则来定义哪些立即数是合法的，哪些是非法的。
**问题**：即常数是由一个8位的常数循环移位偶数位得到，这句话如何理解？该常数必须对应8位位图，既然是8位位图，那么取值为0-255，怎么0x3FC这种超出255的数是合法常量呢？
**答案**：
1. **理解8位位图立即数**：8位位图立即数是指一个8位的数值通过循环移位偶数位形成的立即数。这种立即数可以在32位的指令中使用，但其值是由8位的基本单位通过循环移位得到的。
2. **合法与非法常量的区分**：合法的8位位图立即数是由一个8位的数值通过循环移位偶数位得到的。例如，0x3FC是由0xFC（即252）循环移位得到的，因此是合法的；而0x1FE不是由任何8位值循环移位得到的，因此是非法的。
3. **例子说明**：如0xF0000000、0xF0000001是合法的，因为它们都可以由8位的值循环移位得到，而0xF0000010则是非法的，因为它不能由8位的值通过循环移位偶数位得到。
**知识点四：LDR指令的寻址方式**
在ARM体系结构中，LDR指令用于加载数据到寄存器。它支持多种寻址方式，包括预索引和后索引。
**问题**：对于汇编语句LDR R0, [R1], #−4，是先将R1的值减4结果存入R1，然后读取R1所指单元的值到R0，还是先读取R1到R0，然后再将R1减4结果存入R1？
**答案**：LDR R0, [R1], #−4 是后索引方式。这意味着首先读取R1指向的内存单元的内容到R0，然后更新R1的值（即R1 = R1 - 4）。这种方式适用于连续读取内存区域的情况。
**知识点五：处理器模式标识**
在ARM体系结构中，处理器的工作模式是可以通过程序访问的，这对于确定程序执行上下文非常重要。
**问题**：在程序移植的过程中，什么代码段处于什么样的模式，这可真是一个困扰人的大难题，有没有一种标志或办法能够识别“代码段处于什么样的模式”？
**答案**：可以通过读取CPSR（Current Program Status Register）寄存器来确定当前处理器的工作模式。任何时候都可以读取CPSR寄存器，从而获知当前的处理器模式。
**知识点六：保护寄存器的选择**
在ARM体系结构中，当发生模式转换时，某些寄存器会被自动保存到堆栈中以保护当前状态。
**问题**：为什么保护现场时，总是保护R0-R3，R12，为什么不保护R4-R11？
**答案**：根据ARM Thumb过程调用标准，通常只保护R0-R3和R12。这是因为R0-R3常常用于函数参数传递和返回值，而R12用作子程序链接寄存器。至于R4-R11，则被认为是在调用过程中可以被重写，因此不进行保护。
**知识点七：MOV指令操作数限制**
在ARM汇编程序中，某些指令（如MOV）对操作数有一定的限制。
**问题**：请问mov R1, #0x00003DD0错误：out of the range of operation是怎么回事？
**答案**：MOV指令的操作数为8位位图数。由于0x00003DD0不能通过8位位图数通过循环移位得到，因此会导致超出操作范围的错误。如果需要使用更大的立即数，可以考虑使用LDR指令或者其他方法。
**知识点八：“用户可见”寄存器的理解**
在ARM体系结构中，存在一系列寄存器，其中一部分被称为“用户可见”。
**问题**：“用户可见”应该怎样理解？这37个寄存器是否是37个不同的物理寄存器，例如R8与R8_fiq应该是两个不同的物理寄存器吧？
**答案**：用户可见寄存器是指用户可以通过程序操作的寄存器。在ARM体系结构中，R8与R8_fiq确实是两个不同的寄存器，它们分别用于不同的处理器模式。每个模式拥有一组独立的寄存器，这些寄存器在不同的模式下具有不同的名称。
**知识点九：不同模式的限制**
ARM体系结构支持多种处理器模式，每种模式都有其特定的功能和限制。
**问题**：USR模式，SVC模式，IRQ模式分别有哪些限制？
**答案**：
1. **USR模式**：用户模式下不能设置CPSR寄存器，代码可以为ARM或Thumb。
2. **SVC模式**：监督模式，用于操作系统核心处理，具有较高的权限。
3. **IRQ模式**：中断模式，用于处理外部中断。对于外设操作的限制与具体的芯片设计有关。
**知识点十：初始化堆栈与工作模式的关系**
在初始化堆栈时，可以通过设置CPSR寄存器来决定处理器的初始工作模式。
**问题**：请问“在初始化堆栈时就决定了工作模式”是什么意思？如何决定工作模式的？
**答案**：初始化堆栈时，可以通过设置CPSR寄存器来确定处理器的初始工作模式。例如，将CPSR设置为特定值可以确保处理器启动时处于特定的模式，如管理模式。
**知识点十一：文字池的概念**
在ARM汇编程序设计中，经常提到“文字池”的概念。
**问题**：请问ARM汇编程序设计中所谓的“文字池”作何理解？
**答案**：文字池可以理解为一个常量数组，其中保存了程序运行时需要使用的常量，包括普通的数值和地址。这些常量可以通过LDR指令加载到寄存器中使用。
**知识点十二：中断向量表的实现**
在ARM体系结构中，中断向量表用于快速定位异常处理程序的位置。
**问题**：为什么在中断向量表中不直接LDR PC，“异常地址”。而是使用一个标号，然有再在后面使用DCD定义这个标号？
**答案**：LDR指令的跳转范围有限，通常只能跳转到当前PC的4kB范围内，而B指令可以跳转到32MB的范围内。在实际使用中，通过在LDR PC，“xxxx”这条指令附近使用一个标号，并在后面使用DCD定义这个标号来存储异常服务程序的地址，这样可以实现全范围的跳转。
这些知识点涵盖了ARM体系结构中的多个方面，包括处理器模式、指令操作数限制、中断处理等，对于理解和掌握ARM体系结构具有重要意义。
