ARM裸機(jī)開(kāi)發(fā)筆記3(ARM寄存器)

31個(gè)通用6個(gè)狀態(tài)寄存器

ARM寄存器
ARM共有37個(gè)32位寄存器,其中31個(gè)為通用寄存器,6個(gè)為狀態(tài)寄存器.這些寄存器不能被同時(shí)訪問(wèn),但在任何時(shí)候,通用寄存器R0~R14,程序計(jì)數(shù)器PC,一個(gè)或兩個(gè)狀態(tài)寄存器都是可訪問(wèn)的.
通用寄存器
通用寄存器包括R0~R15,可以分為3類(lèi):
(1)未分組寄存器R0~R7
(2)分組寄存器R8~R14
(3)程序計(jì)數(shù)器PC(R15)

這兩個(gè)寄存器看到時(shí)要特別敏感

R13 通常用作椎棧指針SP

R14 用作子程序連接寄存器（Link Register_LR） 也稱(chēng)為L(zhǎng)R，指向函數(shù)的返回地址

異常模式才有SPSR ，SPSR實(shí)際上是CPSR的一個(gè)備份。異常來(lái)時(shí)，保存到SPSR，異常結(jié)束SPSR在裝到CPSR

CPSR／SPSR的結(jié)構(gòu)：

N：當(dāng)用兩個(gè)補(bǔ)碼表示的帶符號(hào)數(shù)進(jìn)行運(yùn)算時(shí)，N=1表示運(yùn)算的結(jié)果為負(fù)數(shù)；N=0表示運(yùn)算的結(jié)果為正數(shù)或零；
Z：Z=1表示運(yùn)算的結(jié)果為零；Z=0表示運(yùn)算的結(jié)果為非零；
C：可以有4種方法設(shè)置C的值：
─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。─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。
─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。
─對(duì)于其他的非加/減運(yùn)算指令，C的值通常不改變。
V：可以有2種方法設(shè)置V的值：
─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。
─對(duì)于其他的非加/減運(yùn)算指令，C的值通常不改變。
保留位[27 : 8]：當(dāng)改變PSR中的條件碼標(biāo)志位或者控制位時(shí)，保留位不要被改變，在程序中也不要使用保留位來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。保留位將用于ARM版本的擴(kuò)展。

控制位[7 : 0]：PSR的低8位（包括I、F、T和M[4：0]）稱(chēng)為控制位，當(dāng)發(fā)生異常時(shí)這些位可以被改變。如果處理器運(yùn)行特權(quán)模式，這些位也可以由程序修改。

I：外部（硬件）中斷（IRQ）禁止位。1禁止 0允許
F：快速中斷（FIQ）禁止位。1禁止 0允許
T：反映處理器的運(yùn)行狀態(tài)。
對(duì)于ARM體系結(jié)構(gòu)v5及以上的版本的T系列處理器，當(dāng)該位為1時(shí)，程序運(yùn)行于Thumb狀態(tài)，否則運(yùn)行于ARM狀態(tài)。對(duì)于ARM體系結(jié)構(gòu)v5及以上的版本的非T系列處理器，當(dāng)該位為1時(shí)，執(zhí)行下一條指令以引起為定義的指令異常；當(dāng)該位為0時(shí)，表示運(yùn)行于ARM狀態(tài)。

運(yùn)行模式位M[4 : 0]：M0、M1、M2、M3、M4是模式位。這些位決定了處理器的運(yùn)行模式。具體含義如表2-2所示：
表2-2 運(yùn)行模式位M[4：0]的具體含義
M[4：0] 處理器模式 可訪問(wèn)的寄存器
0b10000 用戶模式 PC，CPSR,R0-R14
0b10001 FIQ模式 PC，CPSR, SPSR_fiq，R14_fiq-R8_fiq, R7～R0
0b10010 IRQ模式 PC，CPSR, SPSR_irq，R14_irq,R13_irq,R12～R0
0b10011 管理模式 PC，CPSR, SPSR_svc，R14_svc,R13_svc,,R12～R0,
0b10111 中止模式 PC，CPSR, SPSR_abt，R14_abt,R13_abt, R12～R0,
0b11011 未定義模式 PC，CPSR, SPSR_und，R14_und,R13_und, R12～R0,
0b11111 系統(tǒng)模式 PC，CPSR（ARM v4及以上版本）, R14～R0

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轉(zhuǎn)載部分

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1.未分組寄存器R0~R7
在所有運(yùn)行模式下,未分組寄存器都指向同一個(gè)物理寄存器,它們未被系統(tǒng)用作特殊的用途.因此在中斷或異常處理進(jìn)行運(yùn)行模式轉(zhuǎn)換時(shí),由于不同的處理器運(yùn)行模式均使用相同的物理寄存器,所以可能造成寄存器中數(shù)據(jù)的破壞.
2.分組寄存器R8~R14
對(duì)于分組寄存器,它們每一次所訪問(wèn)的物理寄存器都與當(dāng)前處理器的運(yùn)行模式有關(guān).對(duì)于R8~R12來(lái)說(shuō),每個(gè)寄存器對(duì)應(yīng)2個(gè)不同的物理寄存器,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_usr~R12_usr.
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,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:
R13_
R14_
其中mode可為:usr,fiq,irq,svc,abt,und.
寄存器R13在ARM指令中常用作堆棧指針,用戶也可使用其他的寄存器作為堆棧指針,而在Thumb指令集中,某些指令強(qiáng)制性的要求使用R13作為堆棧指針.

寄存器R13在ARM指令中常用作堆棧指針，但這只是一種習(xí)慣用法，用戶也可使用其他的寄存器作為堆棧指針。而在Thumb指令集中，某些指令強(qiáng)制性的要求使用R13作為堆棧指針。
由于處理器的每種運(yùn)行模式均有自己獨(dú)立的物理寄存器R13，在用戶應(yīng)用程序的初始化部分，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。這
樣，當(dāng)程序的運(yùn)行進(jìn)入異常模式時(shí)，可以將需要保護(hù)的寄存器放入R13所指向的堆棧，而當(dāng)程序從異常模式返回時(shí)，則從對(duì)應(yīng)的堆棧中恢復(fù)，采用這種方式可以保證異常發(fā)生后程序的正常執(zhí)行。
R14稱(chēng)為鏈接寄存器(Link Register),當(dāng)執(zhí)行子程序調(diào)用指令(BL)時(shí),R14可得到R15(程序計(jì)數(shù)器PC)的備份.

在每一種運(yùn)行模式下，都可用R14保存子程序的返回地址，當(dāng)用BL或BLX指令調(diào)用子程序時(shí)，將PC的當(dāng)前值給R14，執(zhí)行完子程序后，又將R14的值回PC，即可完成子程序的調(diào)用返回。以上的描述可用指令完成。
執(zhí)行以下任意一條指令：
MOV PC, LR
BX LR
在子程序入口處使用以下指令將R14存入堆棧：
STMFD SP！,{,LR}
對(duì)應(yīng)的，使用以下指令可以完成子程序返回：
LDMFD SP！,{,PC}
R14也可作為通用寄存器。
3,程序計(jì)數(shù)器PC(R15)
寄存器R15用作程序計(jì)數(shù)器(PC),在ARM狀態(tài)下,位[1:0]為0,位[31:2]用于保存PC,在Thumb狀態(tài)下,位[0]為0,位[31:1]用于保存PC.
由于ARM體系結(jié)構(gòu)采用了多級(jí)流水線技術(shù)，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，寄存器R16
寄存器R16用作CPSR(Current
Program Status Register，當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器)，CPSR可在任何運(yùn)行模式下被訪問(wèn)，它包括條件標(biāo)志位、中斷禁止位、當(dāng)前處理器模式標(biāo)志位，以及其他一些相關(guān)的控制和狀態(tài)位。
每一種運(yùn)行模式下又都有一個(gè)專(zhuān)用的物理狀態(tài)寄存器，稱(chēng)為SPSR(Saved Program Status Register，備份的程序狀態(tài)寄存器)，當(dāng)異常發(fā)生時(shí)，SPSR用于保存CPSR的當(dāng)前值，從異常退出時(shí)則可由SPSR來(lái)恢復(fù)CPSR。
由于用戶模式和系統(tǒng)模式不屬于異常模式，它們沒(méi)有SPSR，當(dāng)在這兩種模式下訪問(wèn)SPSR，結(jié)果是未知的




1).條件碼標(biāo)志(condition code flags)
N,Z,C,V均為條件碼標(biāo)志位,它們的內(nèi)容可被算術(shù)或邏輯運(yùn)算的結(jié)果所改變,并且可以決定某條指令是否被執(zhí)行.
在ARM狀態(tài)下,絕大多數(shù)的指令都是有條件執(zhí)行的,在Thumb狀態(tài)下,僅有分支指令是有條件執(zhí)行的.
N(Number):當(dāng)用兩個(gè)補(bǔ)碼表示的帶符號(hào)數(shù)進(jìn)行運(yùn)行時(shí),N=1表示運(yùn)行結(jié)果為負(fù),N=0表示運(yùn)行結(jié)果為正或零
Z:(Zero):Z=1表示運(yùn)算結(jié)果為零,Z=0表示運(yùn)行結(jié)果非零
C:(Come)加法運(yùn)算:當(dāng)運(yùn)算結(jié)果產(chǎn)生了進(jìn)位時(shí)C=1,否則C=0
減法運(yùn)算:當(dāng)運(yùn)算產(chǎn)生了借位,C=0否則C=1
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
對(duì)于其他的非加/減運(yùn)算指令C的值通常不改變
V:(oVerflow)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)制的被碼表示的帶符注意力時(shí),V=1表示符號(hào)位溢出.對(duì)于其他的非加/減運(yùn)算指令V的值通常不改變
2).控制位
PSR的低8位(包括I,F,T和M[4:0])稱(chēng)為控制位,當(dāng)發(fā)生異常時(shí)這些位可以被改變,如果處理器運(yùn)行特權(quán)模式,這些位也可以由程序修改.
(1)中斷禁止位I,F
I=1 禁止IRQ中斷
F=1 禁止FIQ中斷
每一種運(yùn)行模式下又都有一個(gè)專(zhuān)用的物理狀態(tài)寄存器稱(chēng)為SPSR(Saved Program Status Register,備份的程序狀態(tài)寄存器)當(dāng)異常發(fā)生時(shí),SPSR可以保存CPSR的當(dāng)前值,從異常退出時(shí)則可由SPSR來(lái)恢復(fù)CPSR.
由于用戶模式和系統(tǒng)模式不屬于異常模式,它們沒(méi)有SPSR當(dāng)在這兩種模式下訪問(wèn)SPSR時(shí)結(jié)果是未知的
Thumb狀態(tài)下程序可以直接訪問(wèn)8個(gè)通用寄存器(R0~R7),程序計(jì)數(shù)器(PC),堆棧指針(SP:StackPointer),鏈接寄存器(LP:Link Register)和CPSR,同時(shí)在每一種特權(quán)模式下都有一組SP,LR和SPSR.