5. Registers

ARMv8-A相关历史文章：

• 1. Fundamentals of ARMv8-A
• 2. Execute states
• 3. Changing Exception Levels
• 4. Changing Execution state

ARMv8-A提供了31个64-bit的通用寄存器，在所有Exception Level都可以访问，在AArch64的执行状态下，每个寄存器（X0-X30）都是64-bit宽，对应也有32-bitt的形式，如下图：

Wn对应Xn的低32bit。读取Wn寄存器时会忽略Xn寄存器的高32bit，而写Wn寄存器时，会将Xn寄存器的高32bit清零，比如往W0写入0xFFFFFFFF时，X0寄存器的值为0x00000000FFFFFFFF。
有时会用Rn来指代ARMv8-A寄存器，这个寄存器可以是Xn或者Wn。

Special registers

除了31个通用寄存器外，ARMv8-A还提供了特殊寄存器：

注意没有X31或W31寄存器。有些指令编码使用数字31指代Zero寄存器，ZR（WZR/XZR）。也有一些指令中的参数使用数字31来指代堆栈指针（Stack pointer）。

当执行在AArchc64状态时，对于每个Exception Level，异常返回状态保存在专用的寄存器中：

• Exception Level Register（ELR）

• Saved Processor State Register（SPSR）
  下表中每个Exception Level都标识了特殊的寄存器：

  
  
  

Procedure Call Standard（PCS，过程调用标准），定义了一个专用的帧指针（Frame Pointer），它可以使调试、调用图分析变得更容易。

5.1 The Zero register

大部分指令都能使用零寄存器，往ZR寄存器写入的时候会被忽略，从ZR寄存器读取时会得到0，有点类似于/dev/null。

5.2 The stack pointer

SP寄存器指向堆栈的顶部，每个Exception Level都有自己的堆栈指针SP_ELn。
当在AArch64状态，EL0之外的其他Exception Level，处理器可以使用：

• 该Exception Level对应的栈指针；
• SP_EL0栈指针（Exception Level 0只能访问SP_EL0）
  SP指针不能被大部分指令引用，有些算术指令，比如ADD指令，可以读写SP，进而调整函数的栈指针，比如：

ADD  SP,  SP,  #0x10  //Adjust SP to 0x10 bytes before its current value
ADD  SP,  SP,  #256    // SP = SP + 256

5.3 The Program Counter

PC寄存器与ARMv7-A中一样，代表的是当前程序的地址。唯一能访问PC寄存器的指令是需要计算PC-relative地址的指令（ADR、ADRP、literal load、direct branches），以及保存返回地址的branch-and-link指令。修改PC的唯一方式是使用branch，exception generation，exception return instructions。
与ARMv7-A不同的是，它没有4或8字节的隐含偏移量。

5.4 The Exception Link Register (ELR)

ELR寄存器用于保存异常之后的返回地址。