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ARM微处理器寄存器组织

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通用寄存器

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未分组寄存器

  • 未分组寄存器：R0~R7
    • 在所有的其中模式下，都只想相同的物理寄存器
    • 用途：保存数据或地址

      [!attention] 需要小心工作模式转换时，可能会造成寄存器中的数据破坏

分组寄存器

  • 分组寄存器R8~R14
  • R8~R12
    • 每次访问的物理寄存器与当前的运行模式有关image.png
  • R13~R14image.png
    • R13堆栈指针
      • 在ARM指令集中,常用作堆栈指针
      • 在Thumb指令集中，某些指令强制性要求使用R13作为堆栈指针
    • R14子程序链接寄存器
      • 又称为链接寄存器LR
      • 当执行子程序调用指令BL时，可以用于得到程序计数器PC（R15）的值
      • 两种特殊功能:
        • 在每种模式下都可以用于保存子程序的返回地址
        • 发生异常时，用于保存异常处理后的返回地址
          • 如中断处理
    • 程序计数器PC（R15）
      • 所有运行模式通用
      • ARM状态：bit[1:0]=00，bit[31:2]用于存放PC
        • PC的值：当前正在执行的指令地址+8（当前正在执行指令的下两条指令）
          • 原因：ARM的三级流水线
      • Thumb状态：bit[0]=0，bit[31:1]用于存放PC

        [!tip] 当程序运行进入异常模式时，可以将需要保护的寄存器内容放入R13所指向的堆栈中，当程序从异常模式返回时，则可以从对应的堆栈中进行恢复

状态寄存器

  • 状态寄存器6个
  • 当前程序状态寄存器CPSR(Current Program Status Register)
    • 所有运行模式下都指向相同的物理寄存器
  • 备份程序状态寄存器SPSR(Saved Program Status Register)
    • 每种异常模式都有自己专用的物理寄存器
    • 异常发生时，用于操作CPSR；退出异常时，进行恢复
    • 用户模式和系统模式下无效 image.png
  • 条件码标志位N、Z、C、V：
    • 它们的内容由算术或逻辑运算的结果决定，通常用于决定某条指令是否可以被执行
    • ARM状态：绝大多数的指令都是有条件执行的
    • Thumb状态：仅有分支指令（B指令）是有条件执行的 image.png
  • 保留位：
    • 为了提高程序的可移植性，当改变CPSR标志和控制位时，尽量不改变保留位的值
    • 为了保证程序后续的兼容性，不应该让保留位的值影响程序的运行
  • 控制位
    • I、F、T和M[4:0]：发生异常时候可以被改变
    • 特别：在特权模式下，可以由程序来修改：
      • 中断禁止位：I、F
        • I=1：禁止IRQ中断
        • F=1：禁止FIQ中断
      • 模式位M[4:0]：决定处理器的运行模式：
        • 10000：用户模式
        • 10001：FIQ模式
        • 10010：IRQ模式
        • 10011：管理模式
        • 10111：中止模式
        • 11011：未定义
        • 11111：系统模式
    • T反映处理器的运行状态：ARM/Thumb

[!attention] Thumb状态下的寄存器组是ARM状态下寄存器组的一个子集image.png