ARM寄存器介紹

ARM處理器模式
用戶模式(User):ARM處理器正常的程序執(zhí)行狀態(tài)
快速中斷模式(FIQ):用于高速數(shù)據(jù)傳輸或通道處理
外部中斷模式(IRQ):用于通用的中斷處理
管理模式(Supervisor):操作系統(tǒng)使用的保護(hù)模式
數(shù)據(jù)訪問終止模式(Abort):當(dāng)數(shù)據(jù)或指令預(yù)取終止時(shí)進(jìn)入該模式,可用于虛擬存儲(chǔ)及存儲(chǔ)保護(hù)
系統(tǒng)模式(System):運(yùn)行具有特權(quán)的操作系統(tǒng)任務(wù)
未定義指令中止模式(Undifined):當(dāng)未定義的指令執(zhí)行時(shí)進(jìn)入該模式,可用于支持硬件協(xié)處理器的軟件仿真

ARM寄存器
ARM共有37個(gè)32位寄存器,其中31個(gè)為通用寄存器,6個(gè)為狀態(tài)寄存器.這些寄存器不能被同時(shí)訪問,但在任何時(shí)候,通用寄存器R0~R14,程序計(jì)數(shù)器PC,一個(gè)或兩個(gè)狀態(tài)寄存器都是可訪問的.
通用寄存器
通用寄存器包括R0~R15,可以分為3類:
(1)未分組寄存器R0~R7
(2)分組寄存器R8~R14
(3)程序計(jì)數(shù)器PC(R15)

1.未分組寄存器R0~R7
在所有運(yùn)行模式下,未分組寄存器都指向同一個(gè)物理寄存器,它們未被系統(tǒng)用作特殊的用途.因此在中斷或異常處理進(jìn)行運(yùn)行模式轉(zhuǎn)換時(shí),由于不同的處理器運(yùn)行模式均使用相同的物理寄存器,所以可能造成寄存器中數(shù)據(jù)的破壞.
2.分組寄存器R8~R14
對(duì)于分組寄存器,它們每一次所訪問的物理寄存器都與當(dāng)前處理器的運(yùn)行模式有關(guān).對(duì)于R8~R12來(lái)說(shuō),每個(gè)寄存器對(duì)應(yīng)2個(gè)不同的物理寄存器,當(dāng)使用FIQ(快速中斷模式)時(shí),訪問寄存器R8_fiq~R12_fiq;當(dāng)使用除FIQ模式以外的其他模式時(shí),訪問寄存器R8_usr~R12_usr.
對(duì)于R13,R14來(lái)說(shuō),每個(gè)寄存器對(duì)應(yīng)6個(gè)不同的物理寄存器,其中一個(gè)是用戶模式與系統(tǒng)模式共用,另外5個(gè)物理寄存器對(duì)應(yīng)其他5種不同的運(yùn)行模式,并采用以下記號(hào)來(lái)區(qū)分不同的物理寄存器:
R13_
R14_
其中mode可為:usr,fiq,irq,svc,abt,und.
寄存器R13在ARM指令中常用作堆棧指針,用戶也可使用其他的寄存器作為堆棧指針,而在Thumb指令集中,某些指令強(qiáng)制性的要求使用R13作為堆棧指針.

寄存器R13在ARM指令中常用作堆棧指針，但這只是一種習(xí)慣用法，用戶也可使用其他的寄存器作為堆棧指針。而在Thumb指令集中，某些指令強(qiáng)制性的要求使用R13作為堆棧指針。
由于處理器的每種運(yùn)行模式均有自己獨(dú)立的物理寄存器R13，在用戶應(yīng)用程序的初始化部分，一般都要初始化每種模式下的R13，使其指向該運(yùn)行模式的?？臻g。這
樣，當(dāng)程序的運(yùn)行進(jìn)入異常模式時(shí)，可以將需要保護(hù)的寄存器放入R13所指向的堆棧，而當(dāng)程序從異常模式返回時(shí)，則從對(duì)應(yīng)的堆棧中恢復(fù)，采用這種方式可以保證異常發(fā)生后程序的正常執(zhí)行。
R14稱為鏈接寄存器(Link Register),當(dāng)執(zhí)行子程序調(diào)用指令(BL)時(shí),R14可得到R15(程序計(jì)數(shù)器PC)的備份.

在每一種運(yùn)行模式下，都可用R14保存子程序的返回地址，當(dāng)用BL或BLX指令調(diào)用子程序時(shí)，將PC的當(dāng)前值復(fù)制給R14，執(zhí)行完子程序后，又將R14的值復(fù)制回PC，即可完成子程序的調(diào)用返回。以上的描述可用指令完成。
執(zhí)行以下任意一條指令：
MOV PC, LR
BX LR
在子程序入口處使用以下指令將R14存入堆棧：
STMFD SP！,{,LR}
對(duì)應(yīng)的，使用以下指令可以完成子程序返回：
LDMFD SP！,{,PC}
R14也可作為通用寄存器。

注意：使用BL 指令時(shí)，ARM會(huì)自動(dòng)的將PC值存放到R14(LR)中，這一點(diǎn)不用程序員自己存放，如果BL 是跳轉(zhuǎn)到C程序中，進(jìn)棧出棧操作也不用程序員考慮，而如果是跳轉(zhuǎn)到匯編程序中，則需要程序員完成進(jìn)出棧的工作。
3,程序計(jì)數(shù)器PC(R15)
寄存器R15用作程序計(jì)數(shù)器(PC),在ARM狀態(tài)下,位[1:0]為0,位[31:2]用于保存PC,在Thumb狀態(tài)下,位[0]為0,位[31:1]用于保存PC.
由于ARM體系結(jié)構(gòu)采用了多級(jí)流水線技術(shù)，對(duì)于ARM指令集而言，PC總是指向當(dāng)前指令的下兩條指令的地址,即PC的值為當(dāng)前指令的地址值加8個(gè)字節(jié)
程序狀態(tài)寄存器

4，寄存器R16
寄存器R16用作CPSR(Current
Program Status Register，當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器)，CPSR可在任何運(yùn)行模式下被訪問，它包括條件標(biāo)志位、中斷禁止位、當(dāng)前處理器模式標(biāo)志位，以及其他一些相關(guān)的控制和狀態(tài)位。
每一種運(yùn)行模式下又都有一個(gè)專用的物理狀態(tài)寄存器，稱為SPSR(Saved Program Status Register，備份的程序狀態(tài)寄存器)，當(dāng)異常發(fā)生時(shí)，SPSR用于保存CPSR的當(dāng)前值，從異常退出時(shí)則可由SPSR來(lái)恢復(fù)CPSR。
由于用戶模式和系統(tǒng)模式不屬于異常模式，它們沒有SPSR，當(dāng)在這兩種模式下訪問SPSR，結(jié)果是未知的



1).條件碼標(biāo)志(condition code flags)
N,Z,C,V均為條件碼標(biāo)志位,它們的內(nèi)容可被算術(shù)或邏輯運(yùn)算的結(jié)果所改變,并且可以決定某條指令是否被執(zhí)行.
在ARM狀態(tài)下,絕大多數(shù)的指令都是有條件執(zhí)行的,在Thumb狀態(tài)下,僅有分支指令是有條件執(zhí)行的.
N(Number):當(dāng)用兩個(gè)補(bǔ)碼表示的帶符號(hào)數(shù)進(jìn)行運(yùn)行時(shí),N=1表示運(yùn)行結(jié)果為負(fù),N=0表示運(yùn)行結(jié)果為正或零
Z:(Zero):Z=1表示運(yùn)算結(jié)果為零,Z=0表示運(yùn)行結(jié)果非零
C:(Come)加法運(yùn)算:當(dāng)運(yùn)算結(jié)果產(chǎn)生了進(jìn)位時(shí)C=1,否則C=0
減法運(yùn)算:當(dāng)運(yùn)算產(chǎn)生了借位,C=0否則C=1
對(duì)于包含移位操作的非加/減運(yùn)算指令 ,C為移出值的最后一位
對(duì)于其他的非加/減運(yùn)算指令C的值通常不改變
V:(oVerflow)對(duì)于加/減法運(yùn)算指令,當(dāng)操作數(shù)和運(yùn)算結(jié)果為二進(jìn)制的被碼表示的帶符注意力時(shí),V=1表示符號(hào)位溢出.對(duì)于其他的非加/減運(yùn)算指令V的值通常不改變
2).控制位
PSR的低8位(包括I,F,T和M[4:0])稱為控制位,當(dāng)發(fā)生異常時(shí)這些位可以被改變,如果處理器運(yùn)行特權(quán)模式,這些位也可以由程序修改.
(1)中斷禁止位I,F
I=1 禁止IRQ中斷
F=1 禁止FIQ中斷
每一種運(yùn)行模式下又都有一個(gè)專用的物理狀態(tài)寄存器稱為SPSR(Saved Program Status Register,備份的程序狀態(tài)寄存器)當(dāng)異常發(fā)生時(shí),SPSR可以保存CPSR的當(dāng)前值,從異常退出時(shí)則可由SPSR來(lái)恢復(fù)CPSR.
由于用戶模式和系統(tǒng)模式不屬于異常模式,它們沒有SPSR當(dāng)在這兩種模式下訪問SPSR時(shí)結(jié)果是未知的
Thumb狀態(tài)下程序可以直接訪問8個(gè)通用寄存器(R0~R7),程序計(jì)數(shù)器(PC),堆棧指針(SP:StackPointer),鏈接寄存器(LP:Link Register)和CPSR,同時(shí)在每一種特權(quán)模式下都有一組SP,LR和SPSR.

ARM指令導(dǎo)址方式
1.立即尋址(立即數(shù)尋址)
ADD R0,R0,#1 //R0<-R0+1
ADD R0,R0,#0x31 //R0<-R0+0x3f
立即數(shù)以"#"為前綴,對(duì)于以十六進(jìn)制表示的立即數(shù),還要求在"#"后加上"0x"前綴
2.寄存器尋址
ADD R0,R1,R2 //R0<-R1+R2
3.寄存器間接尋址
ADD R0,R1,[R2] //R0<-R1+[R2]
LDR R0,[R1]//R0<-[R1]
STR R0,[R1] //[R1]<-R0
4.基址變址尋址
LDR R0,[R1,#4] //R0<-[R1+4]
LDR R0,[R1,#4]! //R0<-[R1+4],R1<-R1+4
LDR R0,[R1,R2] //R0<-[R1+R2]
5.多寄存器尋址
LDMIA R0,[R1,R2,R3,R4] //R1<-[R0],R2<-[R0+4],R3<-[R0+8],R4<-[R0+12]
6.相對(duì)尋址
BL NEXT //跳轉(zhuǎn)到子程序NEXT處執(zhí)行
......
NEXT
....
MOV PC,LR //從子程序返回