ARM中的汇编指令：MRS和MSR

在基于ARM Cortex-M （以及一些Cortex-A/R）系列处理器的开发中，MRS和MSR 是指令集中的一对核心汇编指令，用于在处理器状态寄存器 和通用寄存器之间传输数据。

它们是直接与CPU核心对话、进行最底层硬件控制的钥匙。

核心定义

MRS： Move to Register from System register
- 含义： 将系统寄存器 的值读取到一个通用寄存器（如 R0, R1）中。
- 操作： 通用寄存器 ← 系统寄存器
- 目的： 读取CPU的当前状态和配置。
MSR： Move to System register from Register
- 含义： 将一个通用寄存器 的值写入到系统寄存器中。
- 操作： 系统寄存器 ← 通用寄存器
- 目的： 修改/配置CPU的状态和行为。

关键概念解释

系统寄存器：
- 这是CPU内部一系列特殊的寄存器，用于控制和反映处理器的核心状态。
- 它们不能像通用寄存器那样直接用MOV指令访问，必须通过MRS/MSR这对专用指令来操作。
- 常见的系统寄存器包括：
  - PSR (Program Status Register)： 程序状态寄存器，包含条件标志位（N, Z, C, V）、中断状态等。
  - CONTROL： 控制寄存器，用于定义特权级别（线程模式/Handler模式）、栈指针选择等。
  - PRIMASK, FAULTMASK, BASEPRI： 中断屏蔽寄存器，用于全局或分级使能/禁止中断。
  - APSR (Application PSR)： PSR的一部分，仅包含条件标志位。

为什么它们在嵌入式中如此重要？

因为嵌入式开发（尤其是底层驱动、RTOS、启动代码）经常需要直接操纵硬件，而MRS/MSR是实现这种精确控制的基础：

中断管理：

在进入一个关键代码段前，需要关闭全局中断以防止被打断。

assembly 复制代码

MRS R0, PRIMASK    ; 读取当前中断使能状态到R0，用于后续恢复
MSR PRIMASK, #1     ; 将1写入PRIMASK，禁止所有可屏蔽中断（关中断）
; ... 执行关键代码 ...
MSR PRIMASK, R0     ; 将之前保存的状态写回，恢复中断设置（开中断）

上下文切换（RTOS核心）：
- 当操作系统从一个任务切换到另一个任务时，必须保存当前任务的CPU状态（所有寄存器，包括系统寄存器），然后恢复下一个任务的状态。
- MRS用于将PSR、CONTROL等寄存器的值保存到任务栈中。
- MSR用于从任务栈中恢复这些值。
模式切换：
- 在ARM处理器中，从用户级线程模式切换到特权级的Handler模式（例如响应中断），需要操作CONTROL等寄存器，这离不开MSR。

读取状态：

判断上一次运算的结果（是正、负、零还是溢出）需要读取APSR中的标志位。

assembly 复制代码

MRS R0, APSR        ; 将条件标志位读入R0
ANDS R0, R0, #(1 << 29) ; 检查V（溢出）标志位
BNE overflow_handler ; 如果溢出，跳转到处理程序

在C代码中的使用

在编写嵌入式C代码时，你通常不会直接写汇编。编译器提供了内联汇编 或内在函数来封装这些指令。

例如，在ARM CMSIS（Cortex Microcontroller Software Interface Standard）中：

c 复制代码

// 使用CMSIS intrinsic functions
#include "cmsis_compiler.h"

void critical_function(void) {
    uint32_t primask_state;
    primask_state = __get_PRIMASK(); // 内部使用 MRS 指令
    __disable_irq();                 // 内部使用 MSR 指令设置PRIMASK
    // ... 关键代码 ...
    if (!primask_state) {
        __enable_irq();              // 内部使用 MSR 指令清除PRIMASK
    }
}

总结

在嵌入式系统（ARM架构）中：

指令	方向	功能	类比
`MRS`	系统寄存器 → 通用寄存器	"读取状态"	像查看汽车的仪表盘（车速、转速）。
`MSR`	通用寄存器 → 系统寄存器	"改变配置"	像操作汽车的控制杆（换挡、打转向灯）。

它们是嵌入式开发者进行最底层、最精确的处理器控制和状态管理的基石指令，是理解中断、任务调度、处理器模式等核心概念的关键。