ARM寄存器学习,王明学learn

　　　　　　　　　　　　　　　　　　ARM寄存器学习

　　ARM微处理器共有37个32位寄存器，其中31个为通用寄存器，6个为状态寄存器。但是这些寄存器不能被同时访问，具体哪些寄存器是可以访问的，取决ARM处理器的工作状态及具体的运行模式。但在任何时候，通用寄存器R14～R0、程序计数器PC、一个状态寄存器都是可访问的。

　　37个寄存器=7个未分组寄存器（R0～R7）+ 2×（5个分组寄存器R8～R12）+6×2（R13=SP，R14=lr 分组寄存器） + 1(R15=PC)+1(CPSR) + 5(SPSR)

一、用途和访问权限

　R0～R7:USR(用户模式)、fiq（快速中断模式）、irq（中断模式）、svc（超级用法模式）、abt、und

  R8～R12：R8_usr～R12_usr（usr，irq，svc，abt，und）

  R8_fiq～R12_fiq（fiq）

  R11=fp
  R12=IP:  (从反汇编上看，fp和ip一般用于存放SP的值)
  R13～R14：R13_usr R14_usr(每种模式都有自己的寄存器)
  SP ～lr ：R13_fiq R14_fiq
　　        R13_irq R14_irq
            R13_svc R14_svc
            R13_abt R14_abt
            R13_und R14_und

  R15(PC)：都可以访问（即PC的值为当前指令的地址值加8个字节）
  R16：（(Current Program Status Register，当前程序状态寄存器)）SPSR _fiq,SPSR_irq,SPSR_abt,SPSR_und(USR模式没有

二、通用寄存器

2.1不分组通用寄存器

　　R0-R7是不分组寄存器。这意味着在所有处理器模式下，访问的都是同一个物理寄存器。不分组寄存器没有被系统用于特别的用途，任何可采用通用寄存器的应用场合都可以使用未分组寄存器。由于不同的处理器运行模式均使用相同的物理寄存器，可能会造成寄存器中数据的破坏，这一点在进行程序设计时应该注意。

2.2分组通用寄存器

1).分组寄存器R8-R12

　　1. FIQ模式分组寄存器R8-R12

　　2. FIQ以外的分组寄存器R8-R12

　　对于分组寄存器，它们每一次所访问的物理寄存器与处理器当前的运行模式有关。对于R8～R12来说，每个寄存器对应两个不同的物理寄存器，当使用fiq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_usr～R12_usr。

2).分组寄存器R13、R14

　　1. 寄存器R13通常用做堆栈指针SP用户也可使用其他的寄存器作为堆栈指针。而在Thumb指令集中，某些指令强制性的要求使用R13作为堆栈指针。

　　2. 寄存器R14用作子程序链接寄存器（Link Register－LR），也称为连接寄存器LR。当执行BL子程序调用指令时，R14中得到R15(程序计数器PC)的备份。其他情况下，R14用作通用寄存器。与之类似，当发生中断或异常时，对应的分组寄存器R14_svc、R14_irq、R14_fiq、R14_abt和R14_und用来保存R15的返回值。

采用以下的记号来区分不同的物理寄存器：

　　R13_

　　R14_

　　其中，mode为以下几种模式之一：usr、fiq、irq、svc、abt、und。

　　对于R13、R14来说，每个寄存器对应6个不同的物理寄存器，其中的一个是用户模式与系统模式共用，另外5个物理寄存器对应于其他5种不同的运行模式。

　　在每一种运行模式下，都可用R14保存子程序的返回地址，当用BL或BLX指令调用子程序时，将PC的当前值复制给R14，执行完子程序后，又将R14的值复制回PC，即可完成子程序的调用返回。以上的描述可用指令完成。

　　执行以下任意一条指令：

　　MOV  PC, LR

　　BX  LR

　　在子程序入口处使用以下指令将R14存入堆栈：

　　STMFD  SP！，{,LR}

　　对应的，使用以下指令可以完成子程序返回：

　　LDMFD  SP！，{,PC}

　　R14也可作为通用寄存器。

2.3程序计数器寄存器

　　寄存器R15被用作程序计数器，也称为PC 。其值等于当前正在执行的指令的地址+8(因为在取址和执行之间多了一个译码的阶段)。R15虽然也可用作通用寄存器，但一般不这么使用，因为对R15的使用有一些特殊的限制，当违反了这些限制时，程序的执行结果是未知的。

三、状态寄存器

　　ARM所有工作模式下都可以访问程序状态寄存器CPSR。CPSR包含条件码标志、中断禁止位、当前处理器模式以及其它状态和控制信息

　　当前程序状态寄存器CPSR在每种异常模式下都有一个对应的物理寄存器——程序状态保存寄存器SPSR。当异常出现时，SPSR用于保存CPSR的值，以便异常返回后恢复异常发生时的工作状态。使用MSR和MRS指令来设置和读取这些寄存器。

SPSR用来进行异常处理，其功能包括：

（1）保存ALU中的当前操作信息。

（2）控制允许和禁止中断。

（3）设置处理器的运行模式。

3.1CPSR/SPSR

　　条件码标志（Condition Code Flags）

　　N、Z、C、V均为条件码标志位。它们的内容可被算术或逻辑运算的结果所改变，并且可以决定某条指令是否被执行。在ARM状态下，绝大多数的指令都是有条件执行的；在Thumb状态下，仅有分支指令是有条件执行的。条件码标志位的各位具体含义如表所示。

3.2控制位

　　CPSR的低8位（包括I、F、T和M［4∶0］）称为控制位，当发生异常时这些位可以被改变。如果处理器运行特权模式，那么这些位也可以由程序修改。

（1）中断禁止位I、F。

I=1，禁止IRQ中断；

F=1，禁止FIQ中断。

（2）T标志位：该位反映处理器的运行状态。

　　对于ARM体系结构v5及以上版本的T系列处理器，当该位为l时，程序运行于Thumb状态，否则运行于ARM状态。对于ARM体系结构v5及以上版本的非T系列处理器，当该位为1时，执行下一条指令以引起位定义的指令异常；当该位为0时，表示运行于ARM状态。

（3）运行模式位M［4∶0］：MO、M1、M2、M3、M4是模式位，这些位决定了处理器的运行模式。具体含义如表所示。