1. Introduction

ARM data types

1. word : 32 bits
2. floating point data type → ARM core에서는 제공 X
   • coprocessor를 통해 연산 가능
3. 6개의 data type을 지원
   • {byte, half-word, word} X {signed, unsigned}
4. Half-word or byte types
   • 레지스터에 저장될 때는 32bit으로 저장됨
     ⇒ unsigned data는 zero padding
     ⇒ signed data는 sign extension
   • DTI에서만 사용 가능한 data type

Memory Organization

• ARM 주소 : 32bits
• 1 address ⇒ 1 byte (mu0와의 차이점)
• Endianness
  - word를 메모리에 넣을 때 어떻게 넣을건지 결정
  • 디폴트가 little endian
  • ex. 0x12345678일 때
    
• little endian : 높은 자리수의 data가 높은 address에 저장
• big endian : 높은 자리수의 data가 낮은 address에 저장
• 둘 중 어떤 방식으로 데이터를 저장하던 상관없지만 일관성이 있어야함
  

Priviledged mode

• exception과 supervisor calls(software interrupts)를 다루는 mode
• 대부분의 명령어는 user mode에서 실행됨

CPSR : Current Processor Status Register

1. condition code : NZCV
2. I/F : interrupt(IRQ)와 fast interrupt(FIQ)를 masking
   • 1이면 신호가 들어와도 무시
3. T : Thumb and ARM mode 결정
4. Mode : 어떤 모드인지 알려줌
   

Operating modes

1. User mode
   • user program 실행
   • 보호된 system에 직접 접근 X
   • exception이 발생했을 때 privileged mode로 바껴야 함
     (OS system program이 protected system resource에 접근)
2. Privileged mode : exceptions and supervisor call
   • 모든 system resource에 접근 가능
3. System mode
   • exception mode는 아님
   • user mode의 register를 사용하여 모든 system resource에 접근 가능
4. Exception modes
   • FIQ, IRQ, Supervisor, Abort, Undefined
   • 해당하는 exception이 발생했을 때 적절한 exception mode로 바뀜
   • 각 exception mode마다 banked register가 존재(공용 레지스터 말고 고유한 레지스터가 존재함)

Register table

• fast interrupt
  - stack에 register 값 저장하는 시간도 짧아야할 만큼 긴급한 상황이 발생할 때의 동작 mode
  ⇒ r8 - r12의 5개의 전용 register를 이용하여 우선 연산 진행
  (추가적인 register 필요 시 레지스터 값을 메모리에 저장 후 사용)
  • back up한 register값에 대해서만 restore한 후 fiq mode 빠져나감
• exception mode로 바꿀 때 이전 user or system mode의 r0-r12를 stack에 저장해둬야 함
  ⇒ stack pointer는 exception모드의 전용 r13에 저장됨
• exception mode의 전용 r14도 존재
  ⇒ 이전 mode의 명령어를 가리킴
• exception mode의 전용 SPSR
  - exception mode로 변환할 때 이전 user or system mode의 CPSR 값을 저장하는 용도 ⇒ 동작을 멈췄던 상태에서 다시 시작할 수 있게 함
• mode를 한번에 여러번 바꿀 때 stack에서 데이터가 섞일 수 있음
  ⇒ 모든 exception 은 전용 stack을 사용해야 stack에서 data끼리 섞이지 않음

ARM status bits and operating modes

• DPI 명령어 뒤에 'S' 붙이면
  arithmetic 명령어들은 모든 flags들을
  logic and move 명령어들은 N과 Z를 set
  shift 명령어들은 N, Z, C set(left shift 한정)
• ex
  -1 + 1 = 0 : NZCV = 0110
  2^31 -1 + 1 = -2^31 : NZCV = 1001 (signed에선 표현 불가)
  

2. Exceptions

• 프로그램 실행 중에 unexpected events들을 handling
  1. interrupts or memory faults
  2. SWI(supervisor) & undefined insturction traps : not unexpected
  3. Software reset : PC 켜거나 끌 때 → CPSR과 register값 유지 안 해도 괜찮
• memory fault
  → 메모리 결함, readonly인데 write 시도 등

3 groups of exception in ARM

1. 명령어를 실행할 때 direct effect 발생하는 경우
   ⇒ SWI, UIT, prefetch abort
   ⇒ fetch할 때 memory fault가 발생하는 경우
   - prefetch abort : memory fault가 발생해서 명령어를 읽어오지 못하는 경우 ⇒ abort mode에서 처리
   - 잘못된 명령어를 읽어와서 memory fault가 발생해도 감지를 못 함 ⇒ undefined instruction trap에서 처리
2. 명령어의 side-effect
   ⇒ data abort(data에 접근할 때 memory abort)
   - 실행한 명령어를 제대로 작동 못 함 (명령어 시작은 했는데 완료를 못 함)
3. 명령어 flow에 관계 없는 경우(외부에서 프로그램 실행과는 무관하게 발생하는 event)
   ⇒ Reset, IRQ, FIQ

Exceptions : exception Entry

• exception mode로 들어가는 과정
• exception이 발생하면 대부분의 경우 현재 실행중인 명령어를 완료하고 exception handle

1. reset의 경우
   현재 실행되고 있는 명령어를 완료할 필요가 없음
2. side-effect or external exceptions
   exception을 처리하기 위해 fetchm decode에 있는 명령어 버려 ⇒ pipeline 비우기(현재 실행 중인 명령 처리 X)
3. Direct exceptions : 예상하는 순서대로 계속 명령어 실행

exception process의 순서

1. CPSR change