目录

一、寄存器的概念

1、什么是寄存器？

2、寄存器的分类

3、不同工作模式下使用的寄存器

二、常见专用寄存器

1、R15（PC,Program Counter）

2、R14（LR,Link Register）

3、R13（SP,Stack Pointer）

三、控制寄存器CPSR

1、模式位 Bit[4:0]

2、状态位 Bit[5]

3、FIQ使能位 Bit[6] / IRQ使能位 Bit[7]

4、判断是否进位/借位 Bit[28] —— 有符号数运算

5、判断是否进位/借位 Bit[29] —— 无符号数运算

6、判断运算结果是否为 0 Bit[30] 

7、判断运算结果是否为负 Bit[31]

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一、寄存器的概念

1、什么是寄存器？

寄存器是CPU内部的存储器，没有地址。一般用于暂时存放参与运算的数据和结果，比如CPU在做加法运算的时候，加数、被加数以及产生的结果都是暂存在寄存器里。

2、寄存器的分类

寄存器分为三种类型，分别是通用寄存器、专用寄存器、控制寄存器。

通用寄存器指的是没有指定用途，可以存放任意内容的寄存器。既可以存放地址，也可以存放参与运算的数据或者运算产生的结果。

专用寄存器指的是有着指定用途，只能存放指定内容的寄存器。比如程序计数器PC 用于存放下一个要执行的指令的地址、SP用于存放栈顶元素的地址。

控制寄存器指的是用于控制当前CPU运行状态或者运算状态的寄存器。比如CPSR寄存器用于可以用于控制CPU当前所处工作模式，以及保存运算时的进位状态。

3、不同工作模式下使用的寄存器

看下面这个图的时候要以列为单位观察，每一列代表一种工作模式，不同工作模式使用的寄存器也不尽相同。不带三角形符号的表示不同工作模式之间可以共用的寄存器，如r0~r7是所有工作模式都可以共用的寄存器；带三角形符号的表示某一工作模式下特有的寄存器，其他工作模式无法使用该寄存器。

注意：图中虽然看着有很多寄存器，但实际上很多寄存器是可以共用的，算上共用和特有寄存器，一个处理器中仅有40个寄存器。

二、常见专用寄存器

1、R15（PC,Program Counter）

程序计数器，用于存储当前取址指令的地址。我们写的程序在经过预处理、编译、汇编以后，得到的二进制机器码就是指令。这些指令是被保存在内存中的，CPU接下来要执行哪一条指令都是由PC控制的。

我们写程序时的逻辑是顺序执行，那么CPU在执行指令的时候也是如此，在ARM状态下，每一条指令都占4个字节，所以每执行完一条指令，PC的值会自动自增4个字节，为下一次取指令做准备

2、R14（LR,Link Register）

链接寄存器，也是保存指令地址，一般是发生跳转的时候，事先保存跳转指令下一条指令的地址，一般有两种用途。

(1) 调用函数发生跳转

假设main函数在执行程序的时候，需要调用函数func()，这个时候会跳转到func() 函数的定义。由于执行完func()函数以后还要继续运行main函数，在跳转之前LR寄存器会保存func()函数下一条指令的地址，也就是printf函数的地址。

在执行完func函数以后，只需要让 PC = LR 就可以回到func()函数下一条指令的地址。

(2) 异常发生（中断产生）

产生异常时，异常模式下的LR会自动保存被异常打断的指令的下一条指令的地址。（也可以理解成是一种函数跳转）

比如CPU正在忙手里的任务，突然收到了网卡发来的信号，CPU就会进入FIQ或者IRQ模式，此时CPU就会停下手里的任务，转而先去执行异常处理程序。异常处理结束后将LR的值复制到PC可实现程序返回。

3、R13（SP,Stack Pointer）

栈指针，用于存储当前模式下的栈顶地址。假设现在CPU要将运算结果保存到栈上，这个时候SP寄存器就会告诉CPU栈顶的位置在哪，保存完毕以后，SP指向的地址会更新。

三、控制寄存器CPSR

CPSR（Current Program Status Register）是当前程序状态寄存器。可以控制处理器当前所处工作模式，可以保存运算状态，如进位、借位。

1、模式位 Bit[4:0]

用于控制处理器所处的工作模式。不同工作模式对应的取值如下：

工作模式	取值（左边高位，右边低位）
User	10000
FIQ	10001
IRQ	10010
SVC	10011
Abort	10111
Undef	11011
System	11111
Monitor	10110

2、状态位 Bit[5]

表示当前处理器所处状态。ARM状态下，每一条指令占4个字节，PC每次自增4；Thumb状态下，每一条指令占2个字节，PC每次自增2。

处理器状态	取值
ARM状态	0（默认状态）
Thumb状态	1

3、FIQ使能位 Bit[6] / IRQ使能位 Bit[7]

Bit[6] 表示是否开启FIQ，默认状态是开启。

FIQ状态	取值
开启	0（默认状态）
关闭	1

Bit[7] 表示是否开启 IRQ，默认状态是开启。

IRQ状态	取值
开启	0（默认状态）
关闭	1

4、判断是否进位/借位 Bit[28] —— 有符号数运算

该位记录的是，当参与运算的是有符号数时，运算是否发生了进位或者借位，这里要把加法和减法分开讨论。

• 运算器进行加法运算
  • 进位自动置 1，否则为 0
• 运算器进行减法运算
  • 借位自动置 0，否则为 1

5、判断是否进位/借位 Bit[29] —— 无符号数运算

该位记录的是，当参与运算的是无符号数时，运算时是否发生了进位或者借位，同样要把减法和减法分开讨论。

• 运算器进行加法运算
  • 进位自动置 1，否则为 0
• 运算器进行减法运算
  • 借位自动置 0，否则为 1

6、判断运算结果是否为 0 Bit[30] 

当运算结果为 0 时，该位自动置 1，否则为 0

7、判断运算结果是否为负 Bit[31]

当运算结果为负数时，该位自动置 1，否则为 0