ARM寄存器及功能介绍/R0-R15寄存器

1、ARM 寄存器组介绍

ARM 处理器一般共有 37 个寄存器,其中包括:

(1) 31 个通用寄存器,包括 PC(程序计数器)在内,都是 32 位的寄存器。

(2) 6 个状态寄存器,都是 32 位的寄存器。

ARM 处理器共有 7 种不同的处理器模式:

用户模式(User),快速中断模式(FIQ),普通中断模式(IRQ),管理模式(Svc),数据访问中止模式(Abort),未定义指令中止模式(Und),系统模式(Sys),

在每一种处理器模式中有一组相应的寄存器。在任意一种处理器模式下,可见的寄存器包括 15 个通用寄存器(R0~R14)、一个或者二个状态寄存器以及程序计数器(PC)。在所有的寄存器中,有些是各模式共用同一个物理寄存器,有些寄存器是各个模式自己拥有独立的物理寄存器

其中 r0~r3 主要用于子程序间传递参数, r4~r11 主要用于保存局部变量,但在 Thumb 程序中,通常只能使用 r4~r7 来保存局部变量; r12 用作子程序间scratch 寄存器,即 ip 寄存器; r13 通常用做栈指针,即 sp; r14 寄存器又被称为连接寄存器(lr),用于保存子程序以及中断的返回地址; r15 用作程序计数器(pc),由于 ARM 采用了流水线机制,当正确读取了 PC 的值后,该值为当前指令地址加 8 个字节,即 PC 指向当前指令的下两条指令地址。

CPSR和SPSR都是程序状态寄存器,其中SPSR是用来保存中断前的CPSR中的值,以便在中断返回之后恢复处理器程序状态。

2.CPSR寄存器详解

所有处理器模式下都可访问当前程序状态寄存器CPSR。CPSR中包含条件码标志、中断禁止位、当前处理器模式以及其他状态和控制信息。在每种异常模式下都有一个对用的程序状态寄存器SPSR。当异常出现时,SPSR用于保存CPSR的状态,以便异常返回后恢复异常发生时的工作状态。

(1)条件码标志

N、Z、C、V,最高4位称为条件码标志。ARM的大多数指令可以条件执行的,即通过检测这些条件码标志来决定程序指令如何执行。

各个条件码的含义如下:

N:在结果是有符号的二进制补码情况下,如果结果为负数,则N=1;如果结果为非负数,则N=0。

Z:如果结果为0,则Z=1;如果结果为非零,则Z=0。

C:其设置分一下几种情况:

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           对于加法指令(包含比较指令CMN),如果产生进位,则C=1;否则C=0。

           对于减法指令(包括比较指令CMP),如果产生借位,则C=0;否则C=1。

           对于有移位操作的非法指令,C为移位操作中最后移出位的值。

           对于其他指令,C通常不变。

V:对于加减法指令,在操作数和结果是有符号的整数时,如果发生溢出,则V=1;如果无溢出发生,则V=0;对于其他指令,V通常不发生变化。

(2)控制位的作用在图1中可以看出,在这里就不阐述了。

二:CPSR与CPSR_c的区别

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  CPSR_c指的是CPSR的低8位控制位

  CPSR有4个8位区域:标志域(F)、状态域(S)、扩展域(X)、控制域(C)

  MSR - Load specified fields of the CPSR or SPSR with an immediate constant, or from the contents of a general-purpose register.

 Syntax:

 MSR{cond} <psr>_<fields>, #immed_8r MSR{cond} <psr>_<fields>, Rm where: cond is an optional condition code. <psr> is either CPSR or SPSR. <fields> specifies the field or fields to be moved. <fields> can be one or more of:

c control field mask byte (PSR[7:0]) x extension field mask byte (PSR[15:8]) s status field mask byte (PSR[23:16) f flags field mask byte (PSR[31:24]). immed_8r is an expression evaluating to a numeric constant. The constant must correspond to an 8-bit pattern rotated by an even number of bits within a 32-bit word. Rm is the source register.

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  C 控制域屏蔽字节(psr[7:0])
  X 扩展域屏蔽字节(psr[15:8])
  S 状态域屏蔽字节(psr[23:16])
  F 标志域屏蔽字节(psr[31:24])

常用于MRS或MSR指令,用于psr中的值转移到寄存器或把寄存器的内容加载到psr中.

如:

MSR CPSR_c,#0xd3

三、R0-R15寄存器 根据"ARM-thumb 过程调用标准":
R0-R3 用作传入函数参数,传出函数返回值 。在子程序调用之间,可以将 r0-r3 用于任何用途。

被调用函数在返回之前不必恢复 r0-r3。如果调用函数需要再次使用 r0-r3 的内容,则它必须保留这些内容。
R4-R11 被用来存放函数的局部变量 。如果被调用函数使用了这些寄存器,它在返回之前必须恢复这些寄存器的值。
R12 是内部调用暂时寄存器 ip 。它在过程链接胶合代码(例如,交互操作胶合代码)中用于此角色。

在过程调用之间,可以将它用于任何用途。被调用函数在返回之前不必恢复 r12。
R13 是栈指针 sp 。它不能用于任何其它用途。sp 中存放的值在退出被调用函数时必须与进入时的值相同。
R14 是链接寄存器 lr 。如果您保存了返回地址,则可以在调用之间将 r14 用于其它用途,程序返回时要恢复
R15 是程序计数器 PC 。它不能用于任何其它用途。

注意:在中断程序中,所有的寄存器都必须保护,编译器会自动保护R4~R11

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