ARM寄存器及功能介绍/R0-R15寄存器

news2024/11/23 12:22:33

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：

           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

  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.

  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