ARM—寄存器详解

一、什么是寄存器
1、寄存器是CPU外设的硬件组成部分，可以像访问内存一样访问寄存器（统一编址），用来编程控制外设，CPU设计者定义的，实际是某个外设编程控制的API。
2、一般来讲，为了访问的最大效率，CPU的数据总线的位宽与寄存器位宽相同，并且通常进行的是位操作。

二、寄存器的分类
1、通用寄存器：ARM中有37个，汇编中R0，R1，R2等，是CPU的组成部分，用来CPU运算时暂存数据和结果。
2、特殊功能寄存器（SFR）：在外设中，通过编程控制寄存器中的数据来控制这个外设，这就是硬件编程的方法。

三、通用寄存器的概括
1、通用寄存器 ——CPU——名字访问（无地址）：通用寄存器共有37个，其中7个为特殊 的寄存器：1个PC寄存器，1个CPSR寄存器，5个异常模式下的SPSR寄存器。
1）PC寄存器：PC（Program control register）为程序指针，PC指向哪里，CPU就会执行哪条指令（所以程序跳转时就是把目标地址代码放到PC中）。
2）CPSR程序状态寄存器：是保存用户模式下的当时的程序状态，以便当执行完中断或其他时，可以跳转回来继续执行原来的程序。

2、通用寄存器的特点
CPU根据不同的模式，可访问的寄存器不同。37个通用寄存器中，有多个在不同的模式中重复了，但在不同的模式下，职能访问一个，其他重复寄存器不可见，称为影子寄存器（Banked Register）

四、异常处理流程
1、ARM的7种工作模式：
1）CPU设计工作模式的原因：操作系统有安全级别要求，因此CPU设计多种模式是为了方 便操作系统的多种角色安全等级需要。
2）定义及分类
Normal：（普通模式）：
User : 非特权模式，大部分任务执行在这种模式
Privilege（特权模式）
FIQ : 当一个高优先级（fast) 中断产生时将会进入这种模式
IRQ : 当一个低优先级（normal) 中断产生时将会进入这种模式
Supervisor :当复位或软中断指令执行时将会进入这种模式
Abort : 当存取异常时将会进入这种模式
Undef : 当执行未定义指令时会进入这种模式
System : 使用和User模式相同寄存器集的特权模式
3）不同模式的切换可以通过编程实现或者CPU在特定的情况下自行切换，不同模式下权限和可访问的寄存器不同。

2、异常：正常工作之外的流程都是异常。如：让正常播放视频的播放器快进，就是中断。
1）FIQ、IRQ、SVS本质上就是中断，中断是异常的一种，但属于正常且可控的异常。
Abort、Undef属于真正的异常，导致CPU无法正常的工作。
2）中断类似于异步：属于响应式的工作方式，而非根据同步时钟工作的同步工作方式，异 步就是通过中断来实现。

3、异常向量表的含义及作用
1）异常向量表：是CPU硬件已经设定好的，专门用来处理异常，类似于向量组成的表格

2）当异常出现时，CPU会自动动作，即PC寄存器会自动跳转到相应的异常向量，这是CPU自动执行的，无需写代码控制；代码需要做的就是告诉CPU具体如何来处理这些异常。

4、ARM的异常处理机制
CPU在发现异常后，具体是如何来跳转到异常向量表并处理异常的流程？
1）保护现场
1>>CPSR（程序状态寄存器）复制到SPSR；
2>>修改CPSR：1>Thumb/ARM指令集——>ARM指令集（Thumb状态下无法处理异常）；2>用户/系统模式——>相应的异常模式；3>中断禁止（如果需要的话）
3>>保存LR寄存器
2）前往处理异常
PC寄存器——>指向异常向量
3）恢复现场
1>>SPSR——>CPSR
2>>LR——>PC
主要哪些事是CPU做的，哪些事是需要写代码做的。