ARM中的寄存器

ARM处理器具有一组**通用寄存器**和**专用寄存器**,这些寄存器被用于存储数据、地址以及处理器状态等信息。根据ARM架构的不同版本,寄存器的数量和用途略有差异。这里介绍的是典型的**ARM架构v7(ARM32位)**中的寄存器结构。

  1. 通用寄存器

ARM有16个通用寄存器,分别命名为R0到R15,其中R13到R15有特殊用途。

  • R0 - R12:这些是通用寄存器,通常用于存储数据、临时值以及函数调用时的参数传递等。程序可以根据需要自由使用这些寄存器。

  • R13(SP,Stack Pointer):栈指针,用于指向当前栈顶位置,负责管理函数调用时的参数传递、局部变量存储等任务。

  • R14(LR,Link Register):链接寄存器,用于保存函数调用返回时的地址。在调用子程序时,处理器会将返回地址存储在LR寄存器中。当子程序执行完毕时,通过LR寄存器返回到调用方。

  • R15(PC,Program Counter):程序计数器,保存当前指令的地址。每次指令执行后,PC自动更新以指向下一条指令。

  1. 程序状态寄存器(PSR)

ARM处理器中有一个重要的寄存器叫做**程序状态寄存器(Program Status Register, PSR)。它保存了当前处理器的状态信息,并分为以下两类:

  • CPSR(Current Program Status Register):当前程序状态寄存器,保存当前处理器的状态,如条件标志、处理器模式、异常状态、以及是否启用中断等。CPSR中包含以下重要字段:

  • N(负号标志):结果为负数时置1。

  • Z(零标志):结果为0时置1。

  • C(进位标志):加法时产生进位,或减法时产生借位时置1。

  • V(溢出标志):溢出发生时置1。

  • I、F标志:分别表示屏蔽IRQ和FIQ中断。

  • T位:指示处理器是运行在Thumb指令集(T=1)还是ARM指令集(T=0)模式。

  • SPSR(Saved Program Status Register):当处理器进入异常模式时,用于保存被打断的任务的CPSR内容。每种异常模式(如FIQ、IRQ、Supervisor等)都有各自的SPSR。

  1. 专用寄存器和异常模式下的寄存器

ARM支持多种处理器模式(如用户模式、异常模式),不同模式下有部分寄存器被"**银行化**",即在不同模式下,这些寄存器有独立的副本,从而使得切换模式时,寄存器之间不会互相干扰。具体包括:

  • R13(SP)和R14(LR)在多种模式下有各自独立的副本,包括:

  • FIQ模式(快速中断请求):专有的R8到R12、R13和R14寄存器。

  • IRQ模式(中断请求):专有的R13和R14寄存器。

  • Supervisor模式(管理模式):专有的R13和R14寄存器。

  • Abort模式、Undefined模式:同样各自有独立的R13和R14寄存器。

  1. ARM处理器的模式

ARM处理器工作在不同的处理模式下,每种模式具有不同的寄存器配置:

  • User(用户模式):用于普通的程序执行。

  • FIQ(快速中断模式):处理快速中断请求,有额外的R8到R12寄存器。

  • IRQ(中断模式):处理常规中断。

  • Supervisor(管理模式):操作系统使用的模式。

  • Abort(终止模式):处理存储器访问故障。

  • Undefined(未定义模式):处理未定义指令。

  • System(系统模式):权限较高的用户模式。

  1. 寄存器分布总结

| 寄存器编号 | 名称 | 描述 |

|:--------------:|:---------------:|:-------------------------------------:|

| R0 - R12 | 通用寄存器 | 存储数据、函数参数、临时变量等。 |

| R13 | SP(栈指针) | 指向当前栈顶,用于函数调用和中断处理。 |

| R14 | LR(链接寄存器) | 保存子程序返回地址。 |

| R15 | PC(程序计数器) | 指向当前或下一条指令的地址。 |

| CPSR | 当前程序状态寄存器 | 保存条件标志、处理器模式、中断状态等。 |

| SPSR | 保存的程序状态寄存器| 保存异常模式下的CPSR。 |

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