嵌入式学习笔记（2）ARM的37个寄存器详解

news2025/1/22 17:51:39

ARM中寄存器包括SFR和37个通用寄存器，通用寄存器是CPU(运算器+控制器+通用寄存器)的组成部分。
37个通用寄存器是搭配7种工作模式来学习的。因为每种工作模式下，可见的通用寄存器都不相同，每种模式下最多只能看到18个寄存器，部分寄存器虽然名字相同，但是在当前模式下不可见。
对于R13这个名字来说，在ARM中共有6个名叫R13（又叫sp）的寄存器，但是在每种特定工作模式下，只有当前模式的R13是可见的，其他r13必须切换到其他对应模式下才能看到。这种设计叫影子寄存（banked register）。
用户模式与系统模式共用一组寄存器，5种异常模式有各自的R13、R14和SPSR。
R13用作栈指针，故也叫sp；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所指向的栈，而当程序从异常模式返回时，则从对应的栈中恢复，采用这种方式可以保证异常发生后程序的正常执行。
R14用作保存返回地址，故也叫链接寄存器lr；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的当前值复制给R14，执行完子程序后，又将R14的值复制回PC，即可完成子程序的调用返回。
r15用作程序控制寄存器，故也叫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。
CPSR程序状态寄存器。记录当前CPU的状态；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。
SPSR是CPSR的复制。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。