ARM寄存器

  

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   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编程访问的，取决微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R0～R14、程序计数器PC、一个或两个状态寄存器都是可访问的。

一、通用寄存器：

通用寄存器包括R0～R15，可以分为三类：

未分组寄存器R0～R7

分组寄存器R8～R14

程序计数器PC(R15)

 

1.未分组寄存器R0～R7：

  在所有的运行模式下，未分组寄存器都指向同一个物理寄存器，他们未被系统用作特殊的用途，因此，在中断或异常处理进行运行模式转换时，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引起注意。

 

2.分组寄存器R8～R14：

   对于分组寄存器，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。  

   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。

   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。

   寄存器R13在ARM指令中常用作堆栈指针，但这只是一种习惯用法，用户也可使用其他的寄存器作为堆栈指针。

   由于处理器的每种运行模式均有自己独立的物理寄存器R13，在用户应用程序的初始化部分，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。

   当程序的运行进入异常模式时，可以将需要保护的寄存器放入R13所指向的堆栈，而当程序从异常模式返回时，则从对应的堆栈中恢复，采用这种方式可以保证异常发生后程序的正常执行。

   R14也称作子程序连接寄存器（Subroutine Link Register）或连接寄存器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。

   R14也可作为通用寄存器。

 

3.程序计数器PC(R15)

   寄存器R15用作程序计数器（PC）。在ARM状态下，位[1:0]为0，位[31:2]用于保存PC；在Thumb状态下，位[0]为0，位[31:1]用于保存PC；

   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。

   由于ARM体系结构采用了多级流水线技术，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。

 

二、当前程序状态寄存器：

   寄存器的名字为CPSR(Current Program Status Register，当前程序状态寄存器)，CPSR可在任何运行模式下被访问，它包括条件标志位、中断禁止位、当前处理器模式标志位，以及其他一些相关的控制和状态位。

   每一种运行模式下又都有一个专用的物理状态寄存器，称为SPSR（Saved  Program Status Register，备份的程序状态寄存器），当异常发生时，SPSR用于保存CPSR的当前值，从异常退出时则可由SPSR来恢复CPSR。

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。

    条件码标志各位的具体含义如下所示：

 

控制位

   PSR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，这些位也可以由程序修改。

   中断禁止位I、F：

   I=1   禁止IRQ中断;

   F=1   禁止FIQ中断;

  

   T标志位：该位反映处理器的运行状态。

   对于ARM体系结构v5及以上的版本的T系列处理器，当该位为1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及以上的版本的非T系列处理器，当该位为1时，执行下一条指令以引起为定义的指令异常；当该位为0时，表示运行于ARM状态。

   运行模式位M[4：0]：M0、M1、M2、M3、M4是模式位。这些位决定了处理器的运行模式。

 

模式位

 

 

   由表可知，并不是所有的运行模式位的组合都是有效地，其他的组合结果会导致处理器进入一个不可恢复的状态。