ARM裸机开发笔记3(ARM寄存器)

37个32位寄存器

31个通用6个状态寄存器

ARM寄存器
ARM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.这些寄存器不能被同时访问,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.
通用寄存器
通用寄存器包括R0~R15,可以分为3类:
(1)未分组寄存器R0~R7
(2)分组寄存器R8~R14
(3)程序计数器PC(R15)

这两个寄存器看到时要特别敏感

R13 通常用作椎栈指针SP

R14 用作子程序连接寄存器（Link Register_LR） 也称为LR，指向函数的返回地址

异常模式才有SPSR ，SPSR实际上是CPSR的一个备份。异常来时，保存到SPSR，异常结束SPSR在装到CPSR

CPSR／SPSR的结构：

N：当用两个补码表示的带符号数进行运算时，N=1表示运算的结果为负数；N=0表示运算的结果为正数或零；
Z：Z=1表示运算的结果为零；Z=0表示运算的结果为非零；
C：可以有4种方法设置C的值：
─加法运算（包括比较指令CMN）：当运算产生了进位时（无符号数溢出），C=1，否则C=0。─减法运算（包括比较指令CMP）：当运算时产生了借位（无符号数溢出），C=0，否则C=1。
─对于包含移位操作的非加/减运算指令，C为移出值的最后一位。
─对于其他的非加/减运算指令，C的值通常不改变。
V：可以有2种方法设置V的值：
─对于加/减法运算指令，当操作数和运算结果为二进制的补码表示的带符号数时，V=1表示符号位溢出。
─对于其他的非加/减运算指令，C的值通常不改变。
保留位[27 : 8]：当改变PSR中的条件码标志位或者控制位时，保留位不要被改变，在程序中也不要使用保留位来存储数据。保留位将用于ARM版本的扩展。

控制位[7 : 0]：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。

I：外部（硬件）中断（IRQ）禁止位。1禁止 0允许
F：快速中断（FIQ）禁止位。1禁止 0允许
T：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。具体含义如表2-2所示：
表2-2 运行模式位M[4：0]的具体含义
M[4：0] 处理器模式 可访问的寄存器
0b10000 用户模式 PC，CPSR,R0-R14
0b10001 FIQ模式 PC，CPSR, SPSR_fiq，R14_fiq-R8_fiq, R7～R0
0b10010 IRQ模式 PC，CPSR, SPSR_irq，R14_irq,R13_irq,R12～R0
0b10011 管理模式 PC，CPSR, SPSR_svc，R14_svc,R13_svc,,R12～R0,
0b10111 中止模式 PC，CPSR, SPSR_abt，R14_abt,R13_abt, R12～R0,
0b11011 未定义模式 PC，CPSR, SPSR_und，R14_und,R13_und, R12～R0,
0b11111 系统模式 PC，CPSR（ARM v4及以上版本）, R14～R0

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转载部分

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1.未分组寄存器R0~R7
在所有运行模式下,未分组寄存器都指向同一个物理寄存器,它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,所以可能造成寄存器中数据的破坏.
2.分组寄存器R8~R14
对于分组寄存器,它们每一次所访问的物理寄存器都与当前处理器的运行模式有关.对于R8~R12来说,每个寄存器对应2个不同的物理寄存器,当使用FIQ(快速中断模式)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个物理寄存器对应其他5种不同的运行模式,并采用以下记号来区分不同的物理寄存器:
R13_
R14_
其中mode可为:usr,fiq,irq,svc,abt,und.
寄存器R13在ARM指令中常用作堆栈指针,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.

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。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称为链接寄存器(Link Register),当执行子程序调用指令(BL)时,R14可得到R15(程序计数器PC)的备份.

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的当前值给R14，执行完子程序后，又将R14的值回PC，即可完成子程序的调用返回。以上的描述可用指令完成。
执行以下任意一条指令：
MOV PC, LR
BX LR
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。
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.
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
程序状态寄存器

4，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，它们没有SPSR，当在这两种模式下访问SPSR，结果是未知的



1).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(Number):当用两个补码表示的带符号数进行运行时,N=1表示运行结果为负,N=0表示运行结果为正或零
Z:(Zero):Z=1表示运算结果为零,Z=0表示运行结果非零
C:(Come)加法运算:当运算结果产生了进位时C=1,否则C=0
减法运算:当运算产生了借位,C=0否则C=1
对于包含移位操作的非加/减运算指令 ,C为移出值的最后一位
对于其他的非加/减运算指令C的值通常不改变
V:(oVerflow)对于加/减法运算指令,当操作数和运算结果为二进制的被码表示的带符注意力时,V=1表示符号位溢出.对于其他的非加/减运算指令V的值通常不改变
2).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.
(1)中断禁止位I,F
I=1 禁止IRQ中断
F=1 禁止FIQ中断
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可以保存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,它们没有SPSR当在这两种模式下访问SPSR时结果是未知的
Thumb状态下程序可以直接访问8个通用寄存器(R0~R7),程序计数器(PC),堆栈指针(SP:StackPointer),链接寄存器(LP:Link Register)和CPSR,同时在每一种特权模式下都有一组SP,LR和SPSR.