ARM 架构--通用寄存器/状态寄存器/控制寄存器/特殊用途寄存器

目录

一 ARM 架构中的寄存器

ARM 架构中的寄存器

通用寄存器

状态寄存器

控制寄存器

特殊用途寄存器

总结

二 通用寄存器

ARM 架构中的通用寄存器

ARMv7 架构

ARMv8 架构

实例

ARMv7 架构

ARMv8 架构

三 状态寄存器

ARM 架构中的状态寄存器

状态寄存器

详细说明

实例

ARMv7 架构

ARMv8 枩构

四 特殊用途寄存器

ARM 架构下的特殊用途寄存器

堆栈指针 (SP)

链接寄存器 (LR)

程序计数器 (PC)

系统寄存器 (SYSREG)


一 ARM 架构中的寄存器

ARM 架构中的寄存器

在 ARM 架构中,寄存器是 CPU 内部用于存储数据、地址和状态信息的关键组件。ARM 架构定义了一系列的寄存器,包括通用寄存器、状态寄存器、程序计数器等。下面是对 ARM 架构中主要寄存器的介绍:

通用寄存器

通用寄存器是一组用于存储数据和地址的寄存器。在 ARM 架构的不同版本中,这些寄存器的数量和命名有所不同。

  • R0-R15 (R0-R14 + PC):

    • 在 ARMv7 和之前的版本中,有 16 个通用寄存器,编号从 R0 到 R15。
    • R0 到 R14 用于存储数据和地址。
    • R15 通常被称为程序计数器(PC),用于存储下一条指令的地址。
  • X0-X30 (X0-X29 + SP):

    • 在 ARMv8 和之后的版本中,有 31 个通用寄存器,编号从 X0 到 X30。
    • X0 到 X29 用于存储数据和地址。
    • X30 通常被称为链接寄存器(LR),用于保存返回地址。
    • X31 通常被称为堆栈指针(SP),用于管理堆栈。

状态寄存器

状态寄存器用于存储 CPU 的状态信息,例如标志位、中断使能状态等。

  • Program Status Register (PSR):
    • PSR 是 ARM 架构中的一个重要的状态寄存器,包含了多个子寄存器,用于存储 CPU 的状态信息。
    • PSR 包括:
      • Application Program Status Register (APSR): 用于存储条件码标志位(如 N、Z、C、V 等)。
      • Implementation-defined Program Status Register (IPSR): 用于指示当前正在处理的中断。
      • Program Status Register (EPSR): 用于存储控制位,如中断使能位。

控制寄存器

控制寄存器用于控制 CPU 的行为,如中断控制、调试控制等。

  • Control Register (CTRL):
    • 用于控制某些 CPU 特性,如是否启用调试模式等。
  • Auxiliary Control Register (ACTLR):
    • 用于控制辅助特性,如性能监控单元(PMU)等。

特殊用途寄存器

除了通用寄存器和状态寄存器之外,ARM 架构还包括一些特殊用途的寄存器。

  • Stack Pointer (SP):
    • 用于管理堆栈,通常映射到通用寄存器 X31/R13。
  • Link Register (LR):
    • 用于保存返回地址,通常映射到通用寄存器 X30/R14。
  • Program Counter (PC):
    • 用于存储下一条指令的地址,通常映射到通用寄存器 X15/R15。
  • System Register (SYSREG):
    • 用于控制和监视 CPU 的各种特性和状态,如中断控制、缓存控制等。

总结

  • 通用寄存器:

    • 用于存储数据、地址等。
    • 在 ARMv7 和之前版本中,编号为 R0 到 R15。
    • 在 ARMv8 和之后版本中,编号为 X0 到 X30。
    • R15/X15 通常称为程序计数器(PC)。
    • X30 通常称为链接寄存器(LR)。
    • X31/R13 通常称为堆栈指针(SP)。
  • 状态寄存器:

    • 用于存储 CPU 的状态信息,如条件码标志位等。
    • 包括 APSR、IPSR 和 EPSR。
  • 控制寄存器:

    • 用于控制 CPU 的行为,如 CTRL 和 ACTLR。
  • 特殊用途寄存器:

    • 包括 SP、LR、PC 和 SYSREG。

这些寄存器构成了 ARM 架构的核心组成部分,对于理解和编写 ARM 架构的汇编语言程序非常重要。

二 通用寄存器

ARM 架构中的通用寄存器

在 ARM 架构中,通用寄存器是一组用于存储数据、地址和其他信息的寄存器。ARM 架构的不同版本中,通用寄存器的数量和命名有所不同。以下是 ARMv7 和 ARMv8 架构中通用寄存器的详细介绍及实例。

ARMv7 架构

在 ARMv7 架构中,有 16 个通用寄存器,编号从 R0 到 R15。这些寄存器主要用于存储数据、地址以及程序计数器等。

  • R0-R14:

    • 这些寄存器可以用于存储数据、地址等。
    • 它们在函数调用和数据处理中非常有用。
    • R0 到 R3 通常用于函数调用中的参数传递。
    • R4 到 R11 通常用于局部变量或函数内部使用的寄存器。
    • R12 通常用作临时寄存器或用于保存跨函数调用的数据。
    • R13 通常称为堆栈指针(SP),用于管理堆栈。
    • R14 通常称为链接寄存器(LR),用于保存返回地址。
  • R15 (PC):

    • R15 通常称为程序计数器(PC),用于存储下一条指令的地址。

ARMv8 架构

在 ARMv8 架构中,通用寄存器的数量增加到了 31 个,编号从 X0 到 X30。此外,还引入了 32 位和 64 位寄存器的区分,分别称为 X 寄存器和 W 寄存器。

  • X0-X29:

    • 这些寄存器可以用于存储数据、地址等。
    • 它们在函数调用和数据处理中非常有用。
    • X0 到 X3 通常用于函数调用中的参数传递。
    • X4 到 X29 通常用于局部变量或函数内部使用的寄存器。
    • X30 通常称为链接寄存器(LR),用于保存返回地址。
    • X31 通常称为堆栈指针(SP),用于管理堆栈。
  • W0-W29:

    • 这些寄存器是 X0 到 X29 的低 32 位版本,用于兼容 32 位应用。

实例

ARMv7 架构

asm

深色版本

1// ARMv7 架构示例
2// 假设 a1 寄存器中存储了一个地址,该地址指向一个整数
3// 我们将从该地址读取整数,并将其存储到 a0 寄存器中
4
5LDR R0, [R1]    @ 从 a1 指向的地址读取整数到 a0

ARMv8 架构

asm

深色版本

1// ARMv8 架构示例
2// 假设 x1 寄存器中存储了一个地址,该地址指向一个整数
3// 我们将从该地址读取整数,并将其存储到 x0 寄存器中
4
5LDR X0, [X1]    @ 从 x1 指向的地址读取整数到 x0

三 状态寄存器

ARM 架构中的状态寄存器

在 ARM 架构中,状态寄存器用于存储 CPU 的状态信息,如条件码标志位、中断使能状态等。这些寄存器对于控制 CPU 的行为非常重要。以下是 ARM 架构中主要的状态寄存器及其详细介绍:

状态寄存器
  • Program Status Register (PSR):
    • PSR 是 ARM 架构中的一个重要的状态寄存器,包含了多个子寄存器,用于存储 CPU 的状态信息。
    • PSR 包括:
      • Application Program Status Register (APSR): 用于存储条件码标志位(如 N、Z、C、V 等)。
      • Implementation-defined Program Status Register (IPSR): 用于指示当前正在处理的中断。
      • Program Status Register (EPSR): 用于存储控制位,如中断使能位。
详细说明
  • Application Program Status Register (APSR):

    • APSR 用于存储条件码标志位,这些标志位用于条件分支指令和算术运算指令。
    • APSR 中的主要标志位包括:
      • N (Negative): 如果最近的算术运算结果的最高位为 1,则置位。
      • Z (Zero): 如果最近的算术运算结果为 0,则置位。
      • C (Carry): 如果最近的算术运算产生了进位,则置位。
      • V (Overflow): 如果最近的算术运算产生了溢出,则置位。
  • Implementation-defined Program Status Register (IPSR):

    • IPSR 用于指示当前正在处理的中断。
    • 当 CPU 正在处理中断时,IPSR 中包含了中断的编号。
    • 当没有正在处理的中断时,IPSR 的值为 0。
  • Program Status Register (EPSR):

    • EPSR 用于存储控制位,如中断使能位。
    • EPSR 中的主要位包括:
      • I (Interrupt Disable): 如果置位,则禁用所有中断。
      • F (Fast Interrupt Disable): 如果置位,则禁用快速中断。

实例

ARMv7 架构

asm

深色版本

1// ARMv7 架构示例
2// 假设需要判断一个算术运算的结果是否为零
3
4// 执行一个算术运算,比如将 R0 和 R1 相加
5ADD R0, R0, R1
6
7// 判断 R0 是否为零
8// 如果 Z 标志位被置位,则 R0 为零
9// 如果 Z 标志位未被置位,则 R0 不为零
10CMP R0, #0
11BEQ .zero  ; 如果 Z 标志位被置位,则跳转到 .zero 标签
12
13// R0 不为零
14B .not_zero
15
16.zero:
17// R0 为零的情况
18...
19
20.not_zero:
21// R0 不为零的情况
22...
ARMv8 枩构

asm

深色版本

1// ARMv8 构架示例
2// 假设需要判断一个算术运算的结果是否为零
3
4// 执行一个算术运算,比如将 X0 和 X1 相加
5ADD X0, X0, X1
6
7// 判断 X0 是否为零
8// 如果 Z 标志位被置位,则 X0 为零
9// 如果 Z 标志位未被置位,则 X0 不为零
10CMP X0, #0
11BEQ .zero  ; 如果 Z 标志位被置位,则跳转到 .zero 标签
12
13// X0 不为零
14B .not_zero
15
16.zero:
17// X0 为零的情况
18...
19
20.not_zero:
21// X0 不为零的情况
22...

四 特殊用途寄存器

ARM 架构下的特殊用途寄存器

在 ARM 架构中,有一些特殊用途的寄存器,如堆栈指针(SP)、链接寄存器(LR)、程序计数器(PC)以及系统寄存器(SYSREG)。这些寄存器对于控制和管理 CPU 的行为至关重要。下面是这些寄存器的详细介绍及使用实例:

堆栈指针 (SP)

  • 用途:

    • SP 用于指示当前堆栈的顶部位置。
    • 在函数调用期间,参数、局部变量以及返回地址都会被压入堆栈。
    • SP 的值会随着堆栈操作的变化而更新。
  • 实例:

asm

深色版本

1// ARMv7 架构示例
2// 假设需要保存当前堆栈指针的值
3// 然后修改 SP,最后恢复 SP 的值
4
5// 保存当前堆栈指针的值到 R1
6MOV R1, SP
7
8// 修改 SP,例如向下移动 4 个字节
9SUB SP, SP, #4
10
11// 执行一些操作
12...
13
14// 恢复 SP 的原始值
15MOV SP, R1

链接寄存器 (LR)

  • 用途:

    • LR 通常用于保存函数调用的返回地址。
    • 在函数调用期间,返回地址会被自动保存到 LR。
    • 当函数返回时,通常通过 LR 来恢复程序执行的流程。
  • 实例:

asm

深色版本

1// ARMv7 架构示例
2// 假设需要调用一个函数并返回
3
4// 保存 LR 到 R1
5STR LR, [R1]
6
7// 调用函数
8BL my_function
9
10// 返回后,从 R1 恢复 LR 的值
11LDR LR, [R1]

程序计数器 (PC)

  • 用途:

    • PC 用于存储下一条指令的地址。
    • 在正常执行过程中,每条指令执行完毕后,PC 会自动更新到下一条指令的地址。
    • 条件分支指令和函数调用也会修改 PC 的值。
  • 实例:

asm

深色版本

1// ARMv7 架构示例
2// 假设需要跳转到一个特定的地址
3
4// 将目标地址加载到 R1
5LDR R1, =target_address
6
7// 将 R1 的值复制到 PC
8MOV PC, R1
系统寄存器 (SYSREG)
  • 用途:

    • SYSREG 用于控制和监视 CPU 的各种特性。
    • 这些寄存器可以用于控制中断、缓存、调试等功能。
    • 例如,控制中断使能的寄存器是 CTR_ELx,控制缓存的寄存器是 DC_CSW_ELx。
  • 实例:

asm

深色版本

1// ARMv8 构架示例
2// 假设需要禁用中断
3
4// 禁用中断
5MSR DAIFClr, #0x10  ; 设置 I 位为 1,禁用中断
6
7// 执行一些不受中断影响的操作
8...
9
10// 恢复中断
11MSR DAIFClr, #0x00  ; 清除 I 位,恢复中断

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