ARM處理器的寄存器

**在正常執行過(guò)程中，每執行一條ARM指令，程序計數器(PC)的值加4個(gè)字節；每執行一條Thumb指令，程序計數器寄存器(PC)加2個(gè)字節。整個(gè)過(guò)程是按順序執行。

**跳轉指令，程序可以跳轉到特定的地址標號處執行，或者跳轉到特定的子程序處執行。其中,B指令用于執行跳轉操作；BL指令在執行跳轉操作同時(shí)，保存子程

序的返回地址；BX指令在執行跳轉操作同時(shí)，根據目標地址為可以將程序切換到Thumb狀態(tài)；BLX指令執行3個(gè)操作，跳轉到目標地址處執行，保存子程序的返回

地址，根據目標地址為可以將程序切換到Thumb狀態(tài)。

**當異常中斷發(fā)生時(shí)，系統執行完當前指令后，將跳轉到相應的異常中斷處理程序處執行。當異常中斷處理程序執行完成后，程序返回到發(fā)生中斷指令的下條指

令處執行。在進(jìn)入異常中斷處理程序時(shí)，要保存被中斷程序的執行現場(chǎng)，從異常中斷處理程序退出時(shí)，要恢復被中斷程序的執行現場(chǎng)。

ARM處理器共有37個(gè)寄存器。其中包括：
**31個(gè)通用寄存器，包括程序計數器（PC）在內。這些寄存器都是32位寄存器。

**6個(gè)狀態(tài)寄存器。這些寄存器都是32位寄存器。

ARM處理器共有7種不同的處理器模式，每一種模式中都有一組相應的寄存器組。在任何時(shí)刻，可見(jiàn)的寄存器包括15個(gè)通用寄存器（R0-R14）,一個(gè)或兩個(gè)狀態(tài)寄存器及程序計數器（PC）。在所有的寄存器中，有些是各模式公用一個(gè)物理寄存器，有一些寄存器各模式擁有自己獨立的物理寄存器。

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通用寄存器

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通用寄存器分為以下三類(lèi)：備份寄存器、未備份寄存器、程序計數器PC

未備份寄存器

未備份寄存器包括R0-R7。對于每一個(gè)未備份寄存器來(lái)說(shuō)，所有處理器模式下都是使用同一個(gè)物理寄存器。未備份寄存器沒(méi)有被系統用于特別的用途，任何可采用通用寄存器的場(chǎng)合都可以使用未備份寄存器。

備份寄存器

對于R8-R12備份寄存器來(lái)說(shuō)，每個(gè)寄存器對應兩個(gè)不同的物理寄存器。系統為將備份寄存器用于任何的特殊用途，但是當中斷處理非常簡(jiǎn)單，僅僅使用R8-R14寄存器時(shí)，FIQ處理程序可以不必執行保存和恢復中斷現場(chǎng)的指令，從而可以使中斷處理非常迅速。

對于R13,R14備份寄存器來(lái)說(shuō)，每個(gè)寄存器對應六個(gè)不同的物理寄存器，其中的一個(gè)是系統模式和用戶(hù)模式共用的；另外的五個(gè)對應于其他的五種處理器模式。采用下面的記號來(lái)區分各個(gè)物理寄存器：

R13_

其中MODE可以是下面幾種模式之一：usr,svc,abt,und,irq,fiq

R13常作為棧指針；R14（LR）常作為子程序的返回地址

lr(r14）的作用問(wèn)題，這個(gè)lr一般來(lái)說(shuō)有兩個(gè)作用：
1.當使用bl或者blx跳轉到子過(guò)程的時(shí)候，r14保存了返回地址，可以在調用過(guò)程結尾恢復。
2.異常中斷發(fā)生時(shí)，這個(gè)異常模式特定的物理R14被設置成該異常模式將要返回的地址。

另外注意pc，在調試的時(shí)候顯示的是當前指令地址，而用mov lr,pc的時(shí)候lr保存的是此指令向后數兩條指令的地址，大家可以試一下用mov pc,pc，結果得到的是跳轉兩條指令，這個(gè)原因是由于arm的流水線(xiàn)造成的，預取兩條指令的結果.

程序計數器PC

可以作為一般的通用寄存器使用，但有一些指令在使用R15時(shí)有一些限制。由于A(yíng)RM采用了流水線(xiàn)處理器機制，當正確讀取了PC的值時(shí)，該值為當前指令地址值加上8個(gè)字節。也就是說(shuō)，對于A(yíng)RM指令集來(lái)說(shuō)，PC指向當前指令的下兩條指令的地址。由于A(yíng)RM指令是字對齊的，PC值的第0位和第一位總為0。

需要注意的是，當使用str/stm保存R15時(shí)，保存的可能是當前指令地址值加8個(gè)字節，也可能保存的是當前指令地址值加12個(gè)字節。到底哪種方式取決于芯片的具體設計。對于用戶(hù)來(lái)說(shuō)，盡量避免使用STR/STM指令來(lái)保存R15的值。
當成功的向R15寫(xiě)入一個(gè)數值時(shí)，程序將跳轉到該地址執行。由于A(yíng)RM指令是字對齊的，寫(xiě)入R15的值應滿(mǎn)足bits[1:0]為0b00，具體要求arm個(gè)版本有所不同：
**對于arm3以及更低的版本，寫(xiě)入R15的地址值bits[1:0]被忽略，即寫(xiě)入r15的地址值將與0xFFFF FFFC做與操作。
**對于A(yíng)RM4以及更高的版本，程序必須保證寫(xiě)入R15的地址值bits[1:0]為0b00，否則將產(chǎn)生不可預知的后果。
對于Thumb指令集來(lái)說(shuō)，指令是班子對齊的，處理器將忽略bit[0]。

程序狀態(tài)寄存器

CPSR(當前程序狀態(tài)寄存器)在任何處理器模式下被訪(fǎng)問(wèn)。它包含了條件標志位、中斷禁止位、當前處理器模式標志以及其他的一些控制和狀態(tài)位。

。當特定的異常中斷發(fā)生時(shí)，這個(gè)寄存器用于存放當前程序狀態(tài)寄存器的內容每一種處理器模式下都有一個(gè)專(zhuān)用的物理狀態(tài)寄存器，稱(chēng)為SPSR（備份程序狀態(tài)寄存器）。

在異常中斷退出時(shí)，可以用SPSR來(lái)恢復CPSR。由于用戶(hù)模式和系統模式不是異常

中斷模式，所以他沒(méi)有SPSR。當用戶(hù)在用戶(hù)模式或系統模式訪(fǎng)問(wèn)SPSR，將產(chǎn)生不可預知的后果。
CPSR格式如下所示。SPSR和CPSR格式相同。

31 30 29 28 27 26 7 6 5 4 3 2 1 0
N Z C V Q DNM(RAZ) I F T M4 M3 M2 M1 M0

***條件標志位***
N——本位設置成當前指令運算結果的bit[31]的值。當兩個(gè)表示的有符號整數運算時(shí)，n=1表示運算結果為負數，n=0表示結果為正書(shū)或零。

z——z=1表示運算的結果為零；z=0表示運算的結果不為零。對于CMP指令，Z=1表示進(jìn)行比較的兩個(gè)數大小相等。

C——下面分四種情況討論C的設置方法：
在加法指令中（包括比較指令CMP），當結果產(chǎn)生了進(jìn)位,則C=1,表示無(wú)符號運算發(fā)生上溢出；其他情況C=0。
在減法指令中（包括減法指令CMP），當運算中發(fā)生錯位，則C=0，表示無(wú)符號運算數發(fā)生下溢出；其他情況下C=1。
對于包含移位操作的非加堿運算指令，C中包含最后一次溢出的的位的數值
對于其他非加減運算指令，C位的值通常不受影響
V——對于加減運算指令，當操作數和運算結果為二進(jìn)制的補碼表示的帶符號數時(shí)，V=1表示符號為溢出；通常其他指令不影響V位。

***Q標識位***
在A(yíng)RM V5的E系列處理器中，CPSR的bit[27]稱(chēng)為q標識位，主要用于指示增強的dsp指令是否發(fā)生了溢出。同樣的spsr的bit[27]位也稱(chēng)為q標識位，用于在異常中

斷發(fā)生時(shí)保存和恢復CPSR中的Q標識位。
在A(yíng)RM V5以前的版本及ARM V5的非E系列的處理器中，Q標識位沒(méi)有被定義。

***CPSR中的控制位***

CPSR的低八位I、F、T、M[4:0]統稱(chēng)為控制位。當異常中斷發(fā)生時(shí)這些位發(fā)生變化。在特權級的處理器模式下，軟件可以修改這些控制位。

**中斷禁止位：當I=1時(shí)禁止IRQ中斷，當F=1時(shí)禁止FIQ中斷

**T控制位：T控制位用于控制指令執行的狀態(tài)，即說(shuō)明本指令是ARM指令還是Thumb指令。對于A(yíng)RM V4以更高版本的T系列ARM處理器，T控制位含義如下：
T=0表示執行ARM指令
T=1表示執行Thumb指令
對于A(yíng)RM V5以及更高版本的非T系列處理器，T控制位的含義如下
T=0表示執行ARM指令
T=1表示強制下一條執行的指令產(chǎn)生未定指令中斷

***M控制位***
M控制位控制處理器模式，具體含義如下：

M[4:0] 處理器模式可訪(fǎng)問(wèn)的寄存器
10 userpc,r14~r0,CPSR
11 FIQPC,R14_FIQ-R8_FIQ,R7~R0,CPSR,SPSR_FIQ
10010 IRQPC,R14_IRQ-R13_IRQ,R12~R0,CPSR,SPSR_IRQ
10011 SUPERVISORPC,R14_SVC-R13_SVC,R12~R0,CPSR,SPSR_SVC
10 ABORTPC,R14_ABT-R13_ABT,R12~R0,CPSR,SPSR_ABT
11011 UNDEFINEEDPC,R14_UND-R8_UND,R12~R0,CPSR,SPSR_UND
11 SYSTEMPC,R14-R0,CPSR(ARM V4以及更高版本）

***CPSR中的其他位***

這些位用于將來(lái)擴展。應用軟件不要操作這些位。