ARM体系结构与编程读书笔记——处理器的寄存器

ARM处理器共有37个寄存器，其中包括：

• 31个通用寄存器，包括程序计数器(PC)在内，寄存器都是32位；
• 6个状态寄存器，这些寄存器都是32位的，目前只使用了其中12位；

通用寄存器

可以分为下面3类：

• 未备份寄存器，包括R0~R7；

对于每一个未备份寄存器来说，在所有的处理器模式下指的都是同一个物理寄存器。在异常中断造成处理器模式切换时，由于不同的处理器模式使用相同的物理寄存器，可能造成寄存器中数据被破坏。

• 备份寄存器，包括R8~R14；

对于备份寄存器R8~R12来说，每个寄存器对应两个不同的物理寄存器，分别是快速中断模式下的寄存器和其他模式下的寄存器。

对于备份寄存器R13~R14来说，每个寄存器对应6个不同的物理寄存器，其中的一个是用户模式和系统模式共用。

R13在ARM中常用作栈指针，习惯性用法，没有强制规定。

R14又被称为连接寄存器(LR)，在ARM体系中有两种特殊作用：

1. 每一种处理器模式自己的物理R14中存放着当前子程序的返回地址。
2. 当异常中断发生时，该异常模式特定的物理R14被设置成该异常模式将要返回的地址，对于有些异常模式，R14的值可能与将返回的地址有一个常数的偏移量，具体返回方式与子程序返回方式基本相同。R14寄存器也可以作为通用寄存器使用。

• 程序计数器PC，即R15；

由于ARM采用了流水线机制，当正确读取了PC的值时，该值为当前指令地址值加8个字节，也就是说，对于ARM指令集来说，PC指向当前指令的下两条指令的地址。由于ARM指令是字对齐的，PC值的第0位和第1位总为0。

需要注意的是：当使用指令STR/STM保存R15时，保存的可能是当前指令地址值加8字节，也可能保存的是当前指令地址加12字节，具体哪种方式，取决于芯片的具体设计。

程序状态寄存器

CPSR(当前程序状态寄存器)，可以在任何处理器模式下被访问。它包含了条件标志位、中断禁止位、当前处理器模式标志以及其他的一些控制和状态位。

每一种处理器模式下都有一个专用的物理状态寄存器，称为SPSR(备份程序状态寄存器)，当特定的异常中断发生时，这个寄存器用于存放当前程序状态寄存器的内容，在异常中断退出时，可以用SPSR中保存的值来恢复CPSR。

由于用户模式和系统模式不是异常中断模式，所以它们没有SPSR，当在用户模式或系统模式中访问SPSR时，将会产生不可预知的结果。