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分类: 嵌入式

2012-10-23 22:04:43

转: 
 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R14~R0、程序计数器PC、一个或两个状态寄存器都是可访问的。

一、ARM工作状态下的寄存器组织
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)
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。
分组寄存器R8~R14
       对于分组寄存器,他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。
       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sp,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。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。
       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,这样,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。
寄存器R14常用在如下的情况:
       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的当前值拷贝给R14,执行完子程序后,又将R14的值拷贝回PC,即可完成子程序的调用返回。以上的描述可用指令完成:
1、执行以下任意一条指令:
MOV PC,LR
BX LR
2、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。
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;虽然可以用作通用寄存器,但是有一些指令在使用R15时有一些特殊限制,若不注意,执行的结果将是不可预料的。在ARM状态 下,PC的0和1位是0,在Thumb状态下,PC的0位是0。
       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。

ARM寄存器 - 感知 - juedui.jianqiang 的博客

       在ARM状态下,任一时刻可以访问以上所讨论的16个通用寄存器和一到两个状态寄存器。在非用户模式(特权模式)下,则可访问到特定模式分组寄存器,图2.3说明在每一种运行模式下,哪一些寄存器是可以访问的。
寄存器R16:
       寄存器R16用作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。
       由于用户模式和系统模式不属于异常模式,他们没有SPSR,当在这两种模式下访问SPSR,结果是未知的。
二、Thumb工作状态下的寄存器组织
       Thumb状态下的寄存器集是ARM状态下寄存器集的一个子集,程序可以直接访问8个通用寄存器(R7~R0)、程序计数器(PC)、堆栈指针(SP)、 连接寄存器(LR)和CPSR。同时,在每一种特权模式下都有一组SP、LR和SPSR。图2.4表明Thumb状态下的寄存器组织。

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Thumb状态下的寄存器组织与ARM状态下的寄存器组织的关系:
       ─ Thumb状态下和ARM状态下的R0~R7是相同的。
       ─ Thumb状态下和ARM状态下的CPSR和所有的SPSR是相同的。
       ─ Thumb状态下的SP对应于ARM状态下的R13。
       ─ Thumb状态下的LR对应于ARM状态下的R14。
       ─ Thumb状态下的程序计数器对应于ARM状态下R15
以上的对应关系如图2.5所示:

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访问THUMB状态下的高位寄存器(Hi-registers):
       在Thumb状态下,高位寄存器R8~R15并不是标准寄存器集的一部分,但可使用汇编语言程序受限制的访问这些寄存器,将其用作快速的暂存器。使用带特 殊变量的MOV指令,数据可以在低位寄存器和高位寄存器之间进行传送;高位寄存器的值可以使用CMP和ADD指令进行比较或加上低位寄存器中的值。

程序状态寄存器
       ARM体系结构包含一个当前程序状态寄存器(CPSR)和五个备份的程序状态寄存器(SPSRs)。备份的程序状态寄存器用来进行异常处理,其功能包括:
      ─ 保存ALU中的当前操作信息
      ─ 控制允许和禁止中断
      ─ 设置处理器的运行模式
程序状态寄存器的每一位的安排如图2.6所示:

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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。

N Negative 如果结果是负数则置位
Z Zero 如果结果是零则置位
C Carry 如果发生进位则置位
O Overflow 如果发生溢出则置位
I IRQ 中断禁用
F FIQ 快速中断禁用

S1 和 S0 是处理器模式标志:

S1 S0 模式
0 0 USR - 用户模式
0 1 FIQ - 快速中断模式
1 0 IRQ - 中断模式
1 1 SVC - 超级用户模式
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