arm寄存器解析

要介紹arm寄存器之前我們要先了解一下arm處理器的工作模式:

Arm處理器有七種工作模式,爲的是形成不同的使用級別,以防造成對系統的破壞。不同模式可以訪問的寄存器不同,可以運行的指令不同。

(1)usr(10000):普通應用程序運行的模式(應用程序)

(2)FIQ(10001):快速中斷模式,以處理快速情況,高速數據傳輸

(3)IRQ(10010):外部中斷模式,普通中斷處理

(4)svc(10011):保護模式(管理模式),操作系統使用的特權模式(內核)

(5)abt(10111):數據訪問中止模式,用於虛擬存儲和存儲保護

(6)und(11011):未定義指令終止模式,用於支持通過軟件仿真硬件的協處理器

(7)sys(11111):系統模式,用於運行特權級的操作系統任務(armv4以上版本才具有)

注意:usr是普通模式,其他六種是特權模式,而除了usr和sys模式以外的五種模式是異常模式

 

Arm處理器總共有37個寄存器其可以分爲以下兩類(在此我先列出大框架下面會一一介紹):

1.        通用寄存器(31個)

1.        不分組寄存器(R0—R7)

2.        分組寄存器(R8—R14)

3.        PC指針(R15)

2.        狀態寄存器(6個)

1.        CPSR(1個)

2.        SPSR(5個)

相信通過上面的介紹大家對arm的寄存器有個初步的印象,下面官方文檔對寄存器的說明:

下面我將會結合上圖和我上面列出的大框架對寄存器進行解析:

1.        不分組寄存器(R0—R7)

在所有的運行模式下都使用同一個物理寄存器,它們未被系統用作特殊的用途。

2.        分組寄存器(R8—R14)

a)        對於R8~R12,當使用FIQ(快速中斷模式)時訪問寄存器R8_fiq~R12_fiq,當使用除FIQ模式以外的其他模式時,訪問寄存器R8~R12

b)        對於R13,R14來說,每個寄存器對應6個不同的物理寄存器,其中一個是用戶模式與系統模式共用(圖中的R13,R14),另外5個物理寄存器對應其他5種不同的運行模式,並採用以下記號來區分不同的物理寄存器分別爲fiq,irq,svc,abt,und.(如上圖)

                             i.R13在ARM指令中常用作堆棧指針SP

特別注意:由於每一種模式都有自己的R13,所以我們在自己初始化的時候一般都要初始化每種模式下的R13,使其指向該運行模式的棧空間。

                             ii. R14稱爲子程序鏈接寄存器LR(Link Register)

有兩個特殊功能,一種是每一種模式下都可以用於保存函數的返回地址,另外就是異常處理後的返回地址,如中斷。

3.        PC指針(R15)

R15用作程序計數器(PC)對應一個物理寄存器,由於ARM體系結構採用了多級流水線技術(不瞭解多級流水線的可以訪問這個博客http://blog.csdn.net/abclixu123/article/details/7471822,博主講的不錯),對於ARM指令集而言,PC總是指向當前指令的下兩條指令的地址,即PC的值爲當前指令的地址值加8個字節程序狀態寄存器。

4.        CPSR

在官方文檔中我們可以找到

下面介紹其中幾個比較重要的位,其他位,大家可以參考官方手冊:

N: 當兩個表示的有符號整數運算時,1表示運算結果爲負數,0表示結果爲正或零。

Z1表示運算的結果爲零,0表示運算的結果不爲零。對於CMP指令,1表示進行比較的兩個數大小相等。

C下面分四種情況討論C的設置方法:

a)        加法運算(包括比較指令CMN):當運算產生了進位時(無符號數溢出),C=1,否則C=0。

b)        減法運算(包括比較指令CMP):當運算時產生了借位(無符號數溢出),C=0,否則C=1。

c)        對於包含移位操作的非加/減運算指令,C爲移出值的最後一位。

d)       對於其他的非加/減運算指令,C的值通常不改變。

V:下面分兩種情況討論V的設置方法

a)        對於加/減法運算指令,當操作數和運算結果爲二進制的補碼錶示的帶符號數時,V=1表示符號位溢出。

b)        對於其他的非加/減運算指令,C的值通常不改變。

I1 表示禁止外部(硬件)中斷(IRQ)
F1 表示禁止快速中斷(FIQ)
T1表示爲thumb狀態0爲arm狀態

M[4:0]用來設置處理器的工作模式具體數據見本文開始的介紹。

5.        SPSR

SPSR 除usr、sys外,對應用於異常保護的CPSR的備份,異常時,保存CPSR值,異常退出時,將該值恢復到CPSR,以保證程序的正常運行,每一中異常運行模式(除usr和sys)有各自的物理寄存器。

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