ARM寄存器组织

ARM处理器共有37个寄存器。其中包括:31个通用寄存器,包括程序计数器(PC)在内。这些寄存器都是32位寄存器。以及632位状态寄存器。但目前只使用了其中12位。ARM处理器共有7种不同的处理器模式,在每一种处理器模式中有一组相应的寄存器组。任意时刻(也就是任意的处理器模式下),可见的寄存器包括15个通用寄存器(R0R14)、一个或两个状态寄存器及程序计数器(PC)。在所有的寄存器中,有些是各模式共用的同一个物理寄存器;有一些寄存器是各模式自己拥有的独立的物理寄存器。表1列出了各处理器模式下可见的寄存器情况。
1 各种处理器模式下的寄存器
用户模式
系统模式
特权模式
中止模式
未定义指令模式
外部中断模式
快速中断模式
R0
R0
R0
R0
R0
R0
R0
R1
R1
R1         
R1
R1
R1
R1
R2
R2
R2
R2
R2
R2
R2
R3
R3
R3
R3
R3
R3
R3
R4
R4
R4
R4
R4
R4
R4
R5
R5
R5
R5
R5
R5
R5
R6
R6
R6
R6
R6
R6
R6
R8
R8
R8
R8
R8
R8
R8_fiq
R9
R9
R9
R9
R9
R9
R9_fiq
R10
R10
R10
R10
R10
R10
R10_fiq
R11
R11
R11
R11
R11
R11
R11_fiq
R12
R12
R12
R12
R12
R12
R12_fiq
R13
R13
R13_svc
R13_abt
R13_und
R13_inq
R13_fiq
R14
R14
R14_svc
R14_abt
R14_und
R14_inq
R14_fiq
PC
PC
PC
PC
PC
PC
PC
CPSR
CPSR
CPSR
SPSR_svc
CPSR
SPSR_abt
CPSR
SPSR_und
CPSR
SPSR_inq
CPSR
SPSR_fiq

通用寄存器

通用寄存器可以分为下面3类:未备份寄存器(The unbanked registers),包括R0R7。备份寄存器(The banked registers),包括R8R14。程序计数器PC,即R15

未备份寄存器

未备份寄存器包括R0R7。对于每一个未备份寄存器来说,在所有的处理器模式下指的都是同一个物理寄存器。在异常中断造成处理器模式切换时,由于不同的处理器模式使用相同的物理寄存器,可能造成寄存器中数据被破坏。未备份寄存器没有被系统用于特别的用途,任何可采用通用寄存器的应用场合都可以使用未备份寄存器。

备份寄存器

对于备份寄存器R8R12来说,每个寄存器对应两个不同的物理寄存器。例如,当使用快速中断模式下的寄存器时,寄存器R8和寄存器R9分别记作R8_fiqR9_fiq;当使用用户模式下的寄存器时,寄存器R8和寄存器R9分别记作R8_usrR9_usr等。在这两种情况下使用的是不同的物理寄存器。系统没有将这几个寄存器用于任何的特殊用途,但是当中断处理非常简单,仅仅使用R8R14寄存器时,FIQ处理程序可以不必执行保存和恢复中断现场的指令,从而可以使中断处理过程非常迅速。对于备份寄存器R13R14来说,每个寄存器对应6个不同的物理寄存器,其中的一个是用户模式和系统模式共用的;另外的5个对应于其他5种处理器模式。采用记号R13_<mode>来区分各个物理寄存器:
其中,<mode>可以是下面几种模式之一:usrsvcabtundirqfiq
寄存器R13ARM中常用作栈指针。在ARM指令集中,这只是一种习惯的用法,并没有任何指令强制性的使用R13作为栈指针,用户也可以使用其他的寄存器作为栈指
针;而在Thumb指令集中,有一些指令强制性地使用R13作为栈指针。
每一种异常模式拥有自己的物理的R13。应用程序初始化该R13,使其指向该异常模式专用的栈地址。当进入异常模式时,可以将需要使用的寄存器保存在R13所指的栈中;当退出异常处理程序时,将保存在R13所指的栈中的寄存器值弹出。这样就使异常处理程序不会破坏被其中断程序的运行现场。
寄存器R14又被称为连接寄存器(Link RegisterLR),在ARM体系中具有下面两种特殊的作用:每一种处理器模式自己的物理R14中存放在当前子程序的返回地址。当通过BLBLX指令调用子程序时,R14被设置成该子程序的返回地址。在子程序中,当把R14的值复制到程序计数器PC中时,子程序即返回。
当异常中断发生时,该异常模式特定的物理R14被设置成该异常模式将要返回的地址,对于有些异常模式,R14的值可能与将返回的地址有一个常数的偏移量。具体的返回方式与上面的子程序返回方式基本相同。
R14寄存器也可以作为通用寄存器使用。

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