ARM中的寄存器解讀

ARM寄存器組織ARM微處理器共有37個(gè)32位寄存器，其中31個(gè)為通用寄存器，6個(gè)為狀態(tài)寄存器。但是這些寄存器不能被同時(shí)訪問(wèn)，具體哪些寄存器是可編程訪問(wèn)的，取決微處理器的工作狀態(tài)及具體的運(yùn)行模式。但在任何時(shí)候，通用寄存器R14?R0、程序計(jì)數(shù)器PC、一個(gè)或兩個(gè)狀態(tài)寄存器都是可訪問(wèn)的。1.ARM狀態(tài)下的寄存器組織通用寄存器：通用寄存器包括R0?R15，可以分為三類(lèi)：-未分組寄存器R0?R7；-分組寄存器R8?R14-程序計(jì)數(shù)器PC(R15)未分組寄存器R0?R7：在所有的運(yùn)行模式下，未分組寄存器都指向同一個(gè)物理寄存器，他們未被系統(tǒng)用作特殊的用途，因此，在中斷或異常處理進(jìn)行運(yùn)行模式轉(zhuǎn)換時(shí)，由于不同的處理器運(yùn)行模式均使用相同的物理寄存器，可能會(huì)造成寄存器中數(shù)據(jù)的破壞，這一點(diǎn)在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)引起注意。分組寄存器R8?R14對(duì)于分組寄存器，他們每一次所訪問(wèn)的物理寄存器與處理器當(dāng)前的運(yùn)行模式有關(guān)。對(duì)于R8?R12來(lái)說(shuō)，每個(gè)寄存器對(duì)應(yīng)兩個(gè)不同的物理寄存器，當(dāng)使用fiq模式時(shí)，訪問(wèn)寄存器R8_fiq?R12_fiq；當(dāng)使用除fiq模式以外的其他模式時(shí)，訪問(wèn)寄存器R8_usr?R12_usr。對(duì)于R13、R14來(lái)說(shuō)，每個(gè)寄存器對(duì)應(yīng)6個(gè)不同的物理寄存器，其中的一個(gè)是用戶(hù)模式與系統(tǒng)模式共用，另外5個(gè)物理寄存器對(duì)應(yīng)于其他5種不同的運(yùn)行模式。采用以下的記號(hào)來(lái)區(qū)分不同的物理寄存器：R13_<mode>R14_<mode>其中，mode為以下幾種模式之一：usr、fiq、irq、svc、abt、undo寄存器R13在ARM指令中常用作堆棧指針，但這只是一種習(xí)慣用法，用戶(hù)也可使用其他的寄存器作為堆棧指針。而在Thumb指令集中，某些指令強(qiáng)制性的要求使用R13作為堆棧指針。由于處理器的每種運(yùn)行模式均有自己獨(dú)立的物理寄存器R13，在用戶(hù)應(yīng)用程序的初始化部分，一般都要初始化每種模式下的R13,使其指向該運(yùn)行模式的?？臻g，這樣，當(dāng)程序的運(yùn)行進(jìn)入異常模式時(shí)，可以將需要保護(hù)的寄存器放入R13所指向的堆棧，而當(dāng)程序從異常模式返回時(shí)，則從對(duì)應(yīng)的堆棧中恢復(fù)，采用這種方式可以保證異常發(fā)生后程序的正常執(zhí)行。R14也稱(chēng)作子程序連接寄存器（SubroutineLinkRegister）或連接寄存器LR。當(dāng)執(zhí)行BL子程序調(diào)用指令時(shí)，R14中得到R15（程序計(jì)數(shù)器PC）的備份。其他情況下，R14用作通用寄存器。與之類(lèi)似，當(dāng)發(fā)生中斷或異常時(shí)，對(duì)應(yīng)的分組寄存器R14_svc、R14_irq、R14_fiq、R14_abt和R14_und用來(lái)保存R15的返回值。寄存器R14常用在如下的情況：在每一種運(yùn)行模式下，都可用R14保存子程序的返回地址，當(dāng)用BL或BLX指令調(diào)用子程序時(shí)，將PC的當(dāng)前值拷貝給R14，執(zhí)行完子程序后，又將R14的值拷貝回PC，即可完成子程序的調(diào)用返回。以上的描述可用指令完成：1、 執(zhí)行以下任意一條指令：MOVPC，LRBXLR2、 在子程序入口處使用以下指令將R14存入堆棧：STMFDSP！,{<Regs>,LR}對(duì)應(yīng)的，使用以下指令可以完成子程序返回：LDMFDSP！,{<Regs>,PC}R14也可作為通用寄存器。程序計(jì)數(shù)器PC（R15）寄存器R15用作程序計(jì)數(shù)器（PC）。在ARM狀態(tài)下，位［1:0］為0，位［31:2］用于保存？仁在Thumb狀態(tài)下，位［0］為0，位［31:1］用于保存PC；雖然可以用作通用寄存器，但是有一些指令在使用R15時(shí)有一些特殊限制，若不注意，執(zhí)行的結(jié)果將是不可預(yù)料的。在ARM狀態(tài)下，PC的0和1位是0，在Thumb狀態(tài)下，PC的0位是0。R15雖然也可用作通用寄存器，但一般不這么使用，因?yàn)閷?duì)R15的使用有一些特殊的限制，當(dāng)違反了這些限制時(shí)，程序的執(zhí)行結(jié)果是未知的。由于ARM體系結(jié)構(gòu)采用了多級(jí)流水線技術(shù)，對(duì)于ARM指令集而言，PC總是指向當(dāng)前指令的下兩條指令的地址，即PC的值為當(dāng)前指令的地址值加8個(gè)字節(jié)。在ARM狀態(tài)下，任一時(shí)刻可以訪問(wèn)以上所討論的16個(gè)通用寄存器和一到兩個(gè)狀態(tài)寄存器。在非用戶(hù)模式（特權(quán)模式）下，則可訪問(wèn)到特定模式分組寄存器。寄存器R16：寄存器R16用作CPSR（CurrentProgramStatusRegister，當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器），CPSR可在任何運(yùn)行模式下被訪問(wèn)，它包括條件標(biāo)志位、中斷禁止位、當(dāng)前處理器模式標(biāo)志位，以及其他一些相關(guān)的控制和狀態(tài)位。每一種運(yùn)行模式下又都有一個(gè)專(zhuān)用的物理狀態(tài)寄存器，稱(chēng)為SPSR(SavedProgramStatusRegister，備份的程序狀態(tài)寄存器)，當(dāng)異常發(fā)生時(shí)，SPSR用于保存CPSR的當(dāng)前值，從異常退出時(shí)則可由SPSR來(lái)恢復(fù)CPSR。由于用戶(hù)模式和系統(tǒng)模式不屬于異常模式，他們沒(méi)有SPSR，當(dāng)在這兩種模式下訪問(wèn)SPSR，結(jié)果是未知的。2.Thumb狀態(tài)下的寄存器組織Thumb狀態(tài)下的寄存器集是ARM狀態(tài)下寄存器集的一個(gè)子集，程序可以直接訪問(wèn)8個(gè)通用寄存器(R7?R0)、程序計(jì)數(shù)器(PC)、堆棧指針(SP)、連接寄存器(LR)和CPSR。同時(shí)，在每一種特權(quán)模式下都有一組SP、LR和SPSR。Thumb狀態(tài)下的寄存器組織與ARM狀態(tài)下的寄存器組織的關(guān)系：-Thumb狀態(tài)下和ARM狀態(tài)下的R0?R7是相同的。-Thumb狀態(tài)下和ARM狀態(tài)下的CPSR和所有的SPSR是相同的。-Thumb狀態(tài)下的SP對(duì)應(yīng)于ARM狀態(tài)下的R13。-Thumb狀態(tài)下的LR對(duì)應(yīng)于ARM狀態(tài)下的R14。-Thumb狀態(tài)下的程序計(jì)數(shù)器對(duì)應(yīng)于ARM狀態(tài)下R15訪問(wèn)THUMB狀態(tài)下的高位寄存器(Hi-registers)：在Thumb狀態(tài)下，高位寄存器R8?R