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lr pc sp寄存器相关理解 2013-07-28 23:50:44

分类: LINUX

转载链接:http://hi.baidu.com/a843538946/item/4e2a34fe48b6e5be31c199ec
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                http://blog.csdn.net/zhou1232006/article/details/6149548

                    (一)
看下面这个ARM汇编吧

BL  NEXT                                 ;跳转到子程序

.........                                          ;NEXT处执行

NEXT

..........

MOV  PC,LR                            ;从子程序返回

这里的BL是跳转的意思,LR(R14)保存了返回地址

PC(R15)是当前地址,把LR给PC就是从子程序返回

这里有一下总结

首先

1.SP(R13) LR(R14)PC(R15)

2.lr(r14)的作用问题,这个lr一般来说有两个作用:
1》.当使用bl或者blx跳转到子过程的时候,r14保存了返回地址,可以在调用过程结尾恢复。
2》.异常中断发生时,这个异常模式特定的物理R14被设置成该异常模式将要返回的地址。

另外注意pc,在调试的时候显示的是当前指令地址,而用mov lr,pc的时候lr保存的是此指令向后数两条指令的地址,大家可以试一下用mov pc,pc,结果得到的是跳转两条指令,这个原因是由于arm的流水线造成的,预取两条指令的结果.

3.》我以前看书不懂的地方

子程序返回的三种方法

现在总结如下

1.MOV PC,LR

2.BL LR

3.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的返回

LDMFD  SP!,      {,LR}

#Arm

                    
(二)

 异常的发生会导致程序正常运行的被打断,并将控制流转移到相应的异常处理(异常响应),有些异常(fiq、irq)事件处理后,系统还希望能回到当初异常发生时被打断的源程序
断点处继续完成源程序的执行(异常返回),这就需要一种解决方案,用于记录源程序的断
点位置,以便正确的异常返回。 
    类似的还有子程序的调用和返回。在主程序中(通过子程序调用指令)调用子程序时,
也需要记录下主程序中的调用点位置,以便将来的子程序的返回。

 

    在ARM处理器中使用 R14实现对断点和调用点的记录,即使用R14用作返回连接寄存器(LR )。在硬件上和指令执行上,CPU 自动完成相应返回点的记录。在ARM 汇编语言程序设计时,R14和LR通用。
    ARM处理器相应异常时,会自动完成将当前的PC保存到LR寄存器。
    ARM处理器执行子程序调用指令(BL )时,会自动完成将当前的PC的值减去4的结果数据保存到LR寄存器。即将调用指令的下紧邻指令的地址保存到LR。
    ARM处理器针对不同的模式,共有6个链接寄存器资源(LR ),其中用户模式和系统
模式共用一个 LR,每种异常模式都有各自专用的R14 寄存器(LR )。这些链接寄存器分别
为 R14、R14_svc、R14_abt、R14_und、R14_irq、R14_fiq,

   程序设计者要清晰处理器的模式与相应寄存器的对应关系,都是使用 R14,但不同模式下的R14 不是同一个物理资源,其内容可能天壤之别。
    R14 不用做链接寄存器(LR )时,也可以用做通用数据寄存器。

                    (三)

ARM处理器使用流水线来增加处理器指令流的速度,这样可使几个操作同时进行,并使处理与存储器系统之间的操作更加流畅,连续,能提供0.9MIPS/MHZ的指令执行速度。

    PC 代表程序计数器,流水线使用三个阶段,因此指令分为三个阶段执行:1.取指(从存储器装载一条指令);2.译码(识别将要被执行的指令);3.执行(处理 指令并将结果写回寄存器)。而R15(PC)总是指向“正在取指”的指令,而不是指向“正在执行”的指令或正在“译码”的指令。一般来说,人们习惯性约定 将“正在执行的指令作为参考点”,称之为当前第一条指令,因此PC总是指向第三条指令。当ARM状态时,每条指令为4字节长,所以PC始终指向该指令地址 加8字节的地址,即:PC值=当前程序执行位置+8;

    ARM指令是三级流水线,取指,译指,执行时同时执行的,现在PC指向的是正在取指的地址,那么cpu正在译指的指令地址是PC-4(假设在ARM状态 下,一个指令占4个字节),cpu正在执行的指令地址是PC-8,也就是说PC所指向的地址和现在所执行的指令地址相差8。
    当突然发生中断的时候,保存的是PC的地址
    这样你就知道了,如果返回的时候返回PC,那么中间就有一个指令没有执行,所以用SUB pc lr-irq #4


                                        (四)

深入理解ARM的这三个寄存器,对编程以及操作系统的移植都有很大的裨益。

1、堆栈指针r13(SP):每一种异常模式都有其自己独立的r13,它通常指向异常模式所专用的堆栈,也就是说五种异常模式、非异常模式(用户模式和系统模式),都有各自独立的堆栈,用不同的堆栈指针来索引。这样当ARM进入异常模式的时候,程序就可以把一般通用寄存器压入堆栈,返回时再出栈,保证了各种模式下程序的状态的完整性。

2、连接寄存器r14(LR):每种模式下r14都有自身版组,它有两个特殊功能。

    (1)保存子程序返回地址。使用BL或BLX时,跳转指令自动把返回地址放入r14中;子程序通过把r14复制到PC来实现返回,通常用下列指令之一:
                        MOV PC, LR 
                        BX LR

    通常子程序这样写,保证了子程序中还可以调用子程序。
                         stmfd sp!, {lr}
                         ……
                         ldmfd sp!, {pc}

    (2)当异常发生时,异常模式的r14用来保存异常返回地址,将r14如栈可以处理嵌套中断。

3、程序计数器r15(PC):PC是有读写限制的。当没有超过读取限制的时候,读取的值是指令的地址加上8个字节,由于ARM指令总是以字对齐的,故bit[1:0]总是00。当用str或stm存储PC的时候,偏移量有可能是8或12等其它值。在V3及以下版本中,写入bit[1:0]的值将被忽略,而在V4及以上版本写入r15的bit[1:0]必须为00,否则后果不可预测。



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