ARM微處理器的編程模型之：ARM寄存器組織

1．程序計數(shù)器讀操作

由于ARM的流水線機(jī)制，指令讀出的r15的值是指令地址加上8個字節(jié)。由于ARM指令始終是字對齊的，所以讀出的結(jié)果位[1∶0]始終是0（但在Thumb狀態(tài)下，指令為2字節(jié)對齊，bit[0]=0）。

讀PC主要用于快速地對臨近的指令或數(shù)據(jù)進(jìn)行位置無關(guān)尋址，包括程序中的位置無關(guān)分支。

需要注意的是，當(dāng)使用指令STR或STM對r15進(jìn)行保存時，保存的可能是當(dāng)前指令地址加8或當(dāng)前指令地址加12。到底是哪種方式，取決于芯片的具體設(shè)計方式。當(dāng)然，在同一個芯片中，要么采用當(dāng)前指令地址加8，要么采用當(dāng)前指令地址加12，不可能有些指令采用當(dāng)前地址加8，有些采用當(dāng)前地址加12。程序開發(fā)人員應(yīng)盡量避免使用STR或STM指令來對r15進(jìn)行操作。當(dāng)不可避免要使用這種方式時，可以先通過一小段程序來確定所使用的芯片是使用哪種方式實現(xiàn)的。例如：

SUB R1,PC,#4 ;r1中存放STR指令地址

STR PC,[R0] ;將PC=STR地址+offset保存到r0中

LDR R0,[R0]

SUB R0,R0,R1 ;offset=PC－STR地址

2．程序計數(shù)器寫操作

當(dāng)指令向r15寫入地址數(shù)據(jù)時，如果指令成功返回，它將使程序跳轉(zhuǎn)到該地址執(zhí)行。由于ARM指令是字對齊的，寫入r15的地址值應(yīng)滿足bit[1：0]=0b00，具體的規(guī)則根據(jù)ARM版本的不同也有所不同：

· 對于ARM版本3以及更低的版本，寫入r15的地址值bit[1：0]被忽略，即寫入r15的地址值將與0xFFFFFFFC做與操作。

· 對于ARM版本4以及更高的版本，程序必須保證寫入r15寄存器的地址值的bit[1：0]為0b00，否則將會產(chǎn)生不可預(yù)知的結(jié)果。

對于Thumb指令集來說，指令是半字對齊的。處理器將忽略bit[0]，即寫入r15寄存器的值在寫入前要先和0XFFFFFFFE做與操作。

有些指令對r15的操作有特殊的要求。比如，指令BX利用bit[0]來確定需要跳轉(zhuǎn)到的子程序是ARM狀態(tài)還是Thumb狀態(tài)。

3.3.3 程序狀態(tài)寄存器

當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器CPSR（Current Program Status Register）可以在任何處理器模式下被訪問，它包含下列內(nèi)容。

· ALU（Arithmetic Logic Unit）狀態(tài)標(biāo)志的備份。

· 當(dāng)前的處理器模式。

· 中斷使能標(biāo)志。

· 設(shè)置處理器的狀態(tài)（只在4T架構(gòu)）。

每一種處理器模式下都有一個專用的物理寄存器作備份程序狀態(tài)寄存器SPSR（Saved Program Status Register）。當(dāng)特定的異常中斷發(fā)生時，這個物理寄存器負(fù)責(zé)存放當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器的內(nèi)容。當(dāng)異常處理程序返回時，再將其內(nèi)容恢復(fù)到當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器。

CPSR寄存器（和保存它的SPSR寄存器）中的位分配如圖3.4所示。

注意

對于CMP指令，Z=1表示進(jìn)行比較的兩個數(shù)相等。

· C

下面分4種情況討論C的設(shè)置方法。

① 在加法指令中（包括比較指令CMN），當(dāng)結(jié)果產(chǎn)生了進(jìn)位，則C=1，表示無符號數(shù)運算發(fā)生上溢出；其他情況下C=0。

② 在減法指令中（包括比較指令CMP），當(dāng)運算中發(fā)生錯位（即無符號數(shù)運算發(fā)生下溢出），則C=0，；其他情況下C=1。

③ 對于在操作數(shù)中包含移位操作的運算指令（非加/減法指令），C被設(shè)置成被移位寄存器最后移出去的位。

④ 對于其他非加/減法運算指令，C的值通常不受影響。

· V

下面分兩種情況討論V的設(shè)置方法。

① 對于加/減運算指令，當(dāng)操作數(shù)和運算結(jié)果都是以二進(jìn)制的補(bǔ)碼表示的帶符號的數(shù)時，V=1表示符號位溢出。

② 對于非加/減法指令，通常不改變標(biāo)志位V的值（具體可參照ARM指令手冊）。

盡管以上C和V的定義看起來頗為復(fù)雜，但使用時在大多數(shù)情況下用一個簡單的條件測試指令即可，不需要程序員計算出條件碼的精確值即可得到需要的結(jié)果。