ARM內(nèi)部寄存器

1、本文格式為Word版，下載可任意編輯ARM內(nèi)部寄存器 在ARM7TDMI處理器內(nèi)部有37個(gè)用戶可見(jiàn)的寄存器。 在不同的工作模式和處理器狀態(tài)下，程序員可以訪問(wèn)的寄存器也不盡相同. 全部的37個(gè)寄存器，分成兩大類：（1）31個(gè)通用32位寄存器；（2）6個(gè)狀態(tài)寄存器。 在匯編語(yǔ)言中寄存器R0R13為保存數(shù)據(jù)或地址值的通用寄存器。它們是完全通用的寄存器，不會(huì)被體系結(jié)構(gòu)作為特別用途，并且可用于任何使用通用寄存器的指令。 其中R0R7為未分組的寄存器，也就是說(shuō)對(duì)于任何處理器模式，這些寄存器都對(duì)應(yīng)于相同的32位物理寄存器。 寄存器R8R14為分組寄存器。它們所對(duì)應(yīng)的物理寄存器取決于當(dāng)前的處理器模式，幾乎全部

2、允許使用通用寄存器的指令都允許使用分組寄存器 寄存器R8R12有兩個(gè)分組的物理寄存器。一個(gè)用于除FIQ模式之外的所 有寄存器模式，另一個(gè)用于FIQ模式。這樣在發(fā)生FIQ中斷后，可以加速FIQ的處理速度。 寄存器R13、R14分別有6個(gè)分組的物理寄存器。一個(gè)用于用戶和系統(tǒng)模式，其余5個(gè)分別用于5種特別模式。 寄存器R13常作為堆棧指針（SP）。在ARM指令集當(dāng)中，沒(méi)有以特別方式使用R13的指令或其它功能，只是習(xí)慣上都這樣使用。但是在Thumb指令集中存在使用R13的指令。 R14為鏈接寄存器（LR），在結(jié)構(gòu)上有兩個(gè)特別功能： 在每種模式下，模式自身的R14版本用于保存子程序返回地址； 當(dāng)發(fā)生特別

3、時(shí)，將R14對(duì)應(yīng)的特別模式版本設(shè)置為特別返回地址（有些特別有一個(gè)小的固定偏移量）。 R14寄存器與子程序調(diào)用 操作流程： 1.程序A執(zhí)行過(guò)程中調(diào)用程序B； 2.程序跳轉(zhuǎn)至標(biāo)號(hào)Lable，執(zhí)行程序B。同時(shí)硬件將“BL Lable”指令的下一條指令所在地址存入R14； 3.程序B執(zhí)行最終，將R14寄存器的內(nèi)容放入PC，返回程序A； R14寄存器與特別發(fā)生 特別發(fā)生時(shí)，程序要跳轉(zhuǎn)至特別服務(wù)程序，對(duì)返回地址的處理與子程序調(diào)用類似，都是由硬件完成的。區(qū)分在于有些特別有一個(gè)小常量的偏移。 R14寄存器留意要點(diǎn) 當(dāng)發(fā)生特別嵌套時(shí)，這些特別之間可能會(huì)發(fā)生沖突。 例如：假如用戶在用戶模式下執(zhí)行程序時(shí)發(fā)生了IRQ

4、中斷，用戶模式寄存器不會(huì)被破壞。但是 假如允許在IRQ模式下的中斷處理程序重新使能IRQ中斷，并且發(fā)生了嵌套的IRQ中斷時(shí)，外部中斷處理程序保存在R14_irq中的任何值都將被嵌套中斷的返回地址所掩蓋。 解決方法是確保R14的對(duì)應(yīng)版本在發(fā)生中斷嵌套時(shí)不再保存任何有意義的值（將R14入棧），或者切換到其它處理器模式下。 寄存器R15為程序計(jì)數(shù)器（PC），它指向正在取指的地址?？梢哉J(rèn) 為它是一個(gè)通用寄存器，但是對(duì)于它的使用有很多與指令相關(guān)的限制或特別狀況。假如R15使用的 方式超出了這些限制，那么結(jié)果將是不行猜測(cè)的。 讀R15的限制 正常操作時(shí)，從R15讀取的值是處理器正在取指的地址，即當(dāng)前正在執(zhí)

5、行指令的地址加上8個(gè)字節(jié)（兩條ARM指令的長(zhǎng)度）。由于ARM指令總是以字為單位，所以R15寄存器的最低兩位總是為0。 當(dāng)使用STR或STM指令保存R15時(shí)，會(huì)有一個(gè)例外。這些指令可能將當(dāng)前指令地址加8字節(jié)或加12字節(jié)保存（將來(lái)可能還有其它數(shù)字）。偏移量是8還是12取決于詳細(xì)的ARM芯片，但是對(duì)于一個(gè)確定的芯片，這個(gè)值是一個(gè)常量。 所以最好避開(kāi)使用STR和STM指令來(lái)保存R15，假如很難做到，那么應(yīng)當(dāng)在程序中計(jì)算出該芯片的偏移量。 “寫R15的限制” 正常操作時(shí)，寫入R15 的值被當(dāng)作一個(gè)指令地址，程序從這個(gè)地址處連續(xù)執(zhí)行（相當(dāng)于執(zhí)行一次無(wú)條件跳轉(zhuǎn)）。 由于ARM指令以字節(jié)為邊界，因此寫入R15

6、的值最低兩位通常為0b00。詳細(xì)的規(guī)章取決于內(nèi)核結(jié)構(gòu)的版本： （1）在ARM結(jié)構(gòu)V3版及以下版本中，寫入R15的值的最低兩位被忽視，因此跳轉(zhuǎn)地址由指令的實(shí)際目標(biāo)地址（寫入R15的值）和0xFFFFFFFC相與得到； （2）在ARM結(jié)構(gòu)V4版及以上版本中，寫入R15的值的最低兩位為0，假如不是，結(jié)果將不行猜測(cè)。 寄存器CPSR為程序狀態(tài)寄存器，在特別模式中，另外一個(gè)寄存器“程序狀態(tài)保存寄存器（SPSR）”可以被訪問(wèn)。每種特別都有自己的SPSR，在進(jìn)入特別時(shí)它保存CPSR的當(dāng)前值，特別退出時(shí)可通過(guò)它恢復(fù)CPSR。具體描述參看3.8小節(jié)。 Thumb狀態(tài)寄存器 Thumb狀態(tài)寄存器集是ARM狀態(tài)集的

7、子集，程序員可以直接訪問(wèn)的寄存器為： （1）8個(gè)通用寄存器R0R7；（2）程序計(jì)數(shù)器（PC）；（3）堆棧指針（SP）；（4）鏈接寄 存器（LR）；（5）有條件訪問(wèn)程序狀態(tài)寄存器（CPSR）。 在匯編語(yǔ)言中寄存器R0R7為保存數(shù)據(jù)或地址值的通用寄存器。對(duì)于任何處理器模式，它們中的每一個(gè)都對(duì)應(yīng)于相同的32為物理寄存器。它們是完全通用的寄存器，不會(huì)被體系結(jié)構(gòu)作為特別的用途，并且可用于任何使用通用寄存器的指令。 堆棧指針SP對(duì)應(yīng)ARM狀態(tài)的寄存器R13。每個(gè)特別模式都有其自身的SP分組版本，SP通常指向各特別模式所專用的堆棧。 留意：在發(fā)生特別時(shí)，處理器自動(dòng)進(jìn)入ARM狀態(tài)。 鏈接寄存器LR對(duì)應(yīng)ARM狀態(tài)寄存器R14，在結(jié)構(gòu)上有兩個(gè)特別功能，詳見(jiàn)“ARM狀態(tài)下的鏈接寄存器LR”。 留意：在發(fā)生特別時(shí)，處理器自動(dòng)進(jìn)入ARM狀態(tài)。 ARM狀態(tài)和Thumb狀態(tài)之間寄存器的關(guān)系 Thumb狀態(tài)寄存器與ARM狀態(tài)寄存器有如下的關(guān)系： （1）Thumb狀態(tài)R0R7與ARM狀態(tài)R0R7相同； （2）Thumb狀態(tài)CPSR和SPSR與ARM狀態(tài)CPSR和SPSR相同； （3）Thumb狀態(tài)SP映射到ARM狀態(tài)R13； （4）Thumb狀態(tài)LR映射到ARM狀態(tài)R14； （5）Thumb狀態(tài)PC映射到ARM狀態(tài)PC（R15）。 下面