ARM处理器解析

按图分析：

ARM处理器有七种工作模式，为的是形成不同的使用级别，以防造成对系统的破坏。不同模式可以访问的寄存器不同，可以运行的指令不同。

（1）user（10000）：普通应用程序运行的模式（应用程序），普通程序时运行在此模式下。

（2）FIQ（10001）：快速中断模式，以处理快速情况，高速数据传输

（3）IRQ（10010）：外部中断模式，普通中断处理

（4）svc（10011）：保护模式（管理模式），操作系统使用的特权模式（内核）,Linux是运行在此模式下。

（5）abt（10111）：数据访问中止模式，用于虚拟存储和存储保护

（6）und（11011）：未定义指令终止模式，用于支持通过软件仿真硬件的协处理器

（7）sys（11111）：系统模式，用于运行特权级的操作系统任务（armv4以上版本才具有）

注意：usr是普通模式，其他六种是特权模式，而除了usr和sys模式以外的五种模式是异常模式

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下面进入正题：

我们首先可以找到这样一本资料《ARM Architecture Reference Manual》在其中的Programmers’Model一章中，我们可以轻松的找到官方文档对寄存器的说明，建议大家去看看官方的英文文档，我将其中的重要内容简单的总结一下。

Arm处理器总共有37个寄存器其可以分为以下两类（在此我先列出大框架下面会一一介绍）：

1. 通用寄存器（31个）
   1. 不分组寄存器（R0—R7）
   2. 分组寄存器（R8—R14）
   3. PC指针（R15）
2. 状态寄存器（6个）
   1. CPSR（1个）
   2. SPSR（5个）

相信通过上面的介绍大家对arm的寄存器有个初步的印象，下面官方文档对寄存器的说明：

下面我将会结合上图和我上面列出的大框架对寄存器进行解析：

1. 不分组寄存器（R0—R7）

在所有的运行模式下都使用同一个物理寄存器，它们未被系统用作特殊的用途。

1. 分组寄存器（R8—R14）

a)        对于R8~R12，当使用FIQ(快速中断模式)时访问寄存器R8_fiq~R12_fiq，当使用除FIQ模式以外的其他模式时,访问寄存器R8~R12

b)        对于R13,R14来说,每个寄存器对应6个不同的物理寄存器，其中一个是用户模式与系统模式共用（图中的R13，R14），另外5个物理寄存器对应其他5种不同的运行模式，并采用以下记号来区分不同的物理寄存器分别为fiq,irq,svc,abt,und.（如上图）

i.R13在ARM指令中常用作堆栈指针SP

特别注意：由于每一种模式都有自己的R13，所以我们在自己初始化的时候一般都要初始化每种模式下的R13，使其指向该运行模式的栈空间。

1. ii. R14称为子程序链接寄存器LR(Link Register)

有两个特殊功能，一种是每一种模式下都可以用于保存函数的返回地址，另外就是异常处理后的返回地址，如中断。

1. PC指针（R15）

R15用作程序计数器(PC)对应一个物理寄存器，由于ARM体系结构采用了多级流水线技术（不了解多级流水线的可以访问这个博客http://blog.csdn.net/abclixu123/article/details/7471822，博主讲的不错），对于ARM指令集而言，PC总是指向当前指令的下两条指令的地址,即PC的值为当前指令的地址值加8个字节程序状态寄存器。

1. CPSR

在官方文档中我们可以总结如下：

下面介绍其中几个比较重要的位，其他位，大家可以参考官方手册：

N: 当两个表示的有符号整数运算时，1表示运算结果为负数，0表示结果为正或零。

Z：1表示运算的结果为零，0表示运算的结果不为零。对于CMP指令，1表示进行比较的两个数大小相等。

C：下面分四种情况讨论C的设置方法：

a)        加法运算（包括比较指令CMN）：当运算产生了进位时（无符号数溢出），C=1，否则C=0。

b)        减法运算（包括比较指令CMP）：当运算时产生了借位（无符号数溢出），C=0，否则C=1。

c)        对于包含移位操作的非加/减运算指令，C为移出值的最后一位。

d)       对于其他的非加/减运算指令，C的值通常不改变。

V:下面分两种情况讨论V的设置方法

a)        对于加/减法运算指令，当操作数和运算结果为二进制的补码表示的带符号数时，V=1表示符号位溢出。

b)        对于其他的非加/减运算指令，C的值通常不改变。

I：1 表示禁止外部（硬件）中断（IRQ）

F：1 表示禁止快速中断（FIQ）

T：1表示为thumb状态0为arm状态

M[4:0]：用来设置处理器的工作模式具体数据见本文开始的介绍。

1. SPSR

SPSR 除usr、sys外，对应用于异常保护的CPSR的备份，异常时，保存CPSR值，异常退出时，将该值恢复到CPSR，以保证程序的正常运行，每一中异常运行模式（除user和sys）有各自的物理寄存器。