arm寄存器解析

寒假閑來(lái)無(wú)事準(zhǔn)備將自己的走過(guò)的arm之路總結(jié)一下，今天就先從arm的寄存器說(shuō)起吧，歡迎各位拍磚。
要介紹arm寄存器之前我們要先了解一下arm處理器的工作模式：
Arm處理器有七種工作模式，為的是形成不同的使用級(jí)別，以防造成對(duì)系統(tǒng)的破壞。不同模式可以訪問(wèn)的寄存器不同，可以運(yùn)行的指令不同。
（1）usr（10）：普通應(yīng)用程序運(yùn)行的模式（應(yīng)用程序）
（2）FIQ（11）：快速中斷模式，以處理快速情況，高速數(shù)據(jù)傳輸
（3）IRQ（10010）：外部中斷模式，普通中斷處理
（4）svc（10011）：保護(hù)模式（管理模式），操作系統(tǒng)使用的特權(quán)模式（內(nèi)核）
（5）abt（10）：數(shù)據(jù)訪問(wèn)中止模式，用于虛擬存儲(chǔ)和存儲(chǔ)保護(hù)
（6）und（11011）：未定義指令終止模式，用于支持通過(guò)軟件仿真硬件的協(xié)處理器
（7）sys（11）：系統(tǒng)模式，用于運(yùn)行特權(quán)級(jí)的操作系統(tǒng)任務(wù)（armv4以上版本才具有）
注意：usr是普通模式，其他六種是特權(quán)模式，而除了usr和sys模式以外的五種模式是異常模式
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Ok下面進(jìn)入正題：
我們首先可以找到這樣一本資料《ARM Architecture Reference Manual》在其中的Programmers’Model一章中，我們可以輕松的找到官方文檔對(duì)寄存器的說(shuō)明，建議大家去看看官方的英文文檔，我將其中的重要內(nèi)容簡(jiǎn)單的總結(jié)一下。
Arm處理器總共有37個(gè)寄存器其可以分為以下兩類（在此我先列出大框架下面會(huì)一一介紹）：
1.通用寄存器（31個(gè)）
1.不分組寄存器（R0—R7）
2.分組寄存器（R8—R14）
3.PC指針（R15）
2.狀態(tài)寄存器（6個(gè)）
1.CPSR（1個(gè)）
2.SPSR（5個(gè)）
相信通過(guò)上面的介紹大家對(duì)arm的寄存器有個(gè)初步的印象，下面官方文檔對(duì)寄存器的說(shuō)明：


下面我將會(huì)結(jié)合上圖和我上面列出的大框架對(duì)寄存器進(jìn)行解析：
1.不分組寄存器（R0—R7）
在所有的運(yùn)行模式下都使用同一個(gè)物理寄存器，它們未被系統(tǒng)用作特殊的用途。
2.分組寄存器（R8—R14）
a)對(duì)于R8~R12，當(dāng)使用FIQ(快速中斷模式)時(shí)訪問(wèn)寄存器R8_fiq~R12_fiq，當(dāng)使用除FIQ模式以外的其他模式時(shí),訪問(wèn)寄存器R8~R12
b)對(duì)于R13,R14來(lái)說(shuō),每個(gè)寄存器對(duì)應(yīng)6個(gè)不同的物理寄存器，其中一個(gè)是用戶模式與系統(tǒng)模式共用（圖中的R13，R14），另外5個(gè)物理寄存器對(duì)應(yīng)其他5種不同的運(yùn)行模式，并采用以下記號(hào)來(lái)區(qū)分不同的物理寄存器分別為fiq,irq,svc,abt,und.（如上圖）
i.R13在ARM指令中常用作堆棧指針SP
特別注意：由于每一種模式都有自己的R13，所以我們?cè)谧约撼跏蓟臅r(shí)候一般都要初始化每種模式下的R13，使其指向該運(yùn)行模式的?？臻g。
ii.R14稱為子程序鏈接寄存器LR(Link Register)
有兩個(gè)特殊功能，一種是每一種模式下都可以用于保存函數(shù)的返回地址，另外就是異常處理后的返回地址，如中斷。
3.PC指針（R15）
R15用作程序計(jì)數(shù)器(PC)對(duì)應(yīng)一個(gè)物理寄存器，由于ARM體系結(jié)構(gòu)采用了多級(jí)流水線技術(shù)（不了解多級(jí)流水線的可以訪問(wèn)這個(gè)博客http://blog.csdn.net/abclixu123/article/details/7471822，博主講的不錯(cuò)），對(duì)于ARM指令集而言，PC總是指向當(dāng)前指令的下兩條指令的地址,即PC的值為當(dāng)前指令的地址值加8個(gè)字節(jié)程序狀態(tài)寄存器。
4.CPSR
在官方文檔中我們可以找到


下面介紹其中幾個(gè)比較重要的位，其他位，大家可以參考官方手冊(cè)：
N:當(dāng)兩個(gè)表示的有符號(hào)整數(shù)運(yùn)算時(shí)，1表示運(yùn)算結(jié)果為負(fù)數(shù)，0表示結(jié)果為正或零。
Z：1表示運(yùn)算的結(jié)果為零，0表示運(yùn)算的結(jié)果不為零。對(duì)于CMP指令，1表示進(jìn)行比較的兩個(gè)數(shù)大小相等。
C：下面分四種情況討論C的設(shè)置方法：
a)加法運(yùn)算（包括比較指令CMN）：當(dāng)運(yùn)算產(chǎn)生了進(jìn)位時(shí)（無(wú)符號(hào)數(shù)溢出），C=1，否則C=0。
b)減法運(yùn)算（包括比較指令CMP）：當(dāng)運(yùn)算時(shí)產(chǎn)生了借位（無(wú)符號(hào)數(shù)溢出），C=0，否則C=1。
c)對(duì)于包含移位操作的非加/減運(yùn)算指令，C為移出值的最后一位。
d)對(duì)于其他的非加/減運(yùn)算指令，C的值通常不改變。
V:下面分兩種情況討論V的設(shè)置方法
a)對(duì)于加/減法運(yùn)算指令，當(dāng)操作數(shù)和運(yùn)算結(jié)果為二進(jìn)制的補(bǔ)碼表示的帶符號(hào)數(shù)時(shí)，V=1表示符號(hào)位溢出。
b)對(duì)于其他的非加/減運(yùn)算指令，C的值通常不改變。
I：1表示禁止外部（硬件）中斷（IRQ）
F：1表示禁止快速中斷（FIQ）
T：1表示為thumb狀態(tài)0為arm狀態(tài)
M[4:0]：用來(lái)設(shè)置處理器的工作模式具體數(shù)據(jù)見(jiàn)本文開(kāi)始的介紹。
5.SPSR
SPSR除usr、sys外，對(duì)應(yīng)用于異常保護(hù)的CPSR的備份，異常時(shí)，保存CPSR值，異常退出時(shí)，將該值恢復(fù)到CPSR，以保證程序的正常運(yùn)行，每一中異常運(yùn)行模式（除usr和sys）有各自的物理寄存器。

以上是自己的arm寄存器的簡(jiǎn)單理解，希望各位提出寶貴意見(jiàn)，并且在這個(gè)寒假?gòu)慕裉扉_(kāi)始沒(méi)有意外的話我的博客會(huì)一天一更，努力學(xué)習(xí)，歡迎大家監(jiān)督。