嵌入式-ARM寄存器基本概念

無(wú)論是學(xué)習(xí)哪一種處理器，首先需要明確的就是這種處理器的寄存器以及工作模式。

ARM有37個(gè)寄存器，其中31個(gè)通用寄存器，6個(gè)狀態(tài)寄存器。

這里尤其要注意區(qū)別的是ARM自身寄存器和它的一些外設(shè)的寄存器的區(qū)別。

ARM自身是統(tǒng)一架構(gòu)的，也就意味著37個(gè)寄存器無(wú)論在哪個(gè)公司的芯片里面都會(huì)出現(xiàn)。但是各家公司會(huì)對(duì)ARM進(jìn)行外設(shè)的擴(kuò)展，所以就出現(xiàn)了好多外設(shè)寄存器，一定要與這37個(gè)寄存器區(qū)別開(kāi)來(lái)!!!

1、備份寄存器(R8-R14)

對(duì)于R8-R12來(lái)說(shuō)，除在快速中斷模式下，每個(gè)模式對(duì)應(yīng)相同物理寄存器，所以在FIQ模式下可不必保護(hù)和恢復(fù)中斷現(xiàn)場(chǎng)。

對(duì)于R13-R14來(lái)說(shuō)，每個(gè)寄存器對(duì)應(yīng)6個(gè)不同的物理寄存器，其中一個(gè)是用戶模式和系統(tǒng)模式共用的。

寄存器R13常用做棧指針SP，除用戶和系統(tǒng)模式外，其他模式在使用時(shí)的名字構(gòu)成為R13_。

寄存器R14又被稱

2、不分組寄存器(R0-R7)

不分組也就是說(shuō)說(shuō)，在所有的處理器模式下指的都時(shí)同一物理寄存器。在異常中斷造成處理器模式切換時(shí)，由于不同的處理器模式使用一個(gè)名字相同的物理寄存器，就是使用的同一個(gè)寄存器，這樣可能造成寄存器中數(shù)據(jù)被破壞，所以在進(jìn)行模式切換時(shí)必須加以保護(hù)。

為連接寄存器(LR)，除用戶和系統(tǒng)模式外，其他模式在使用時(shí)的名字構(gòu)成為 R14_。

有下面兩種特殊用途：

A、每個(gè)處理器模式自己的物理R14中存放在當(dāng)前子程序的返回地址。當(dāng)通過(guò)BL或BLX指令調(diào)用子程序時(shí)，R14被設(shè)置成該子程序的返回地址。

B、當(dāng)異常中斷發(fā)生時(shí)，該異常模式下的R14被設(shè)置成保存該模式基于PC的返回地址，對(duì)于有些異常模式，R14的值有可能與將返回的地址有個(gè)常數(shù)的偏移量，不同模式偏移量還有所不同(在ARM 的異常處理里有詳細(xì)介紹)。

3、程序計(jì)數(shù)器R15

對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，盡量避免使用STR/STM指令來(lái)保存R15的值。當(dāng)成功向R15寫入一個(gè)地址數(shù)值時(shí)，程序?qū)⑻D(zhuǎn)到該地址執(zhí)行。

在ARM狀態(tài)下指令總是字對(duì)齊的，所以PC的PC[1：0]位恒為零，在想PC寫入地址時(shí)一定要注意將PC[1：0]設(shè)為零。

ARM采用的是3級(jí)流水線結(jié)構(gòu)，所以PC指向的是當(dāng)前執(zhí)行指令的下兩條指令，PC-8為當(dāng)前指令地址。

4、程序狀態(tài)寄存器

CPSR(當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器)可以在任何處理器模式下被訪問(wèn)。同時(shí)除了用戶和系統(tǒng)模式以外，每中處理器模式下都有一個(gè)專用的物理狀態(tài)寄存器，稱為 SPSR(備份程序狀態(tài)寄存器)。當(dāng)特定的異常中斷發(fā)生時(shí)，這個(gè)寄存器用于存放當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器的內(nèi)容。當(dāng)在用戶模式和系統(tǒng)模式中訪問(wèn)SPSR，將會(huì)產(chǎn)生不可預(yù)知的結(jié)果。

CPSR和SPSR的格式相同，如下：

0：M0

1：M1

2：M2

3：M3

4：M4

5：T(=1 Thumb執(zhí)行)

6：F(=1是禁止)

7：I(=1是禁止)

注意:M0~M4并不是所有的組合都定義了有效的處理模式,如果錯(cuò)誤設(shè)置,將會(huì)引起無(wú)法預(yù)料的錯(cuò)誤。

27:Q 在ARM V5的E系列處理器中，CPSR的bit[27]稱為q標(biāo)識(shí)位，主要用于指示增強(qiáng)的dsp指令是否發(fā)生了溢出。同樣的spsr的bit[27]位也稱為q 標(biāo)識(shí)位，用于在異常中斷發(fā)生時(shí)保存和恢復(fù)CPSR中的Q標(biāo)識(shí)位。

在ARM V5以前的版本及ARM V5的非E系列的處理器中，Q標(biāo)識(shí)位沒(méi)有被定義

28:V 對(duì)于加減運(yùn)算指令，當(dāng)操作數(shù)和運(yùn)算結(jié)果為二進(jìn)制的補(bǔ)碼表示的帶符號(hào)數(shù)時(shí)，V=1表示符號(hào)為溢出;通常其他指令不影響V位。

對(duì)于其他指令，V統(tǒng)常不發(fā)生變化。

29:C 下面分四種情況討論C的設(shè)置方法：

在加法指令中(包括比較指令CMN)，當(dāng)結(jié)果產(chǎn)生了進(jìn)位,則C=1,表示無(wú)符號(hào)運(yùn)算發(fā)生上溢出;其他情況C=0。

在減法指令中(包括減法指令CMP)，當(dāng)運(yùn)算中發(fā)生借位，則C=0，表示無(wú)符號(hào)運(yùn)算數(shù)發(fā)生下溢出;其他情況下C=1。

對(duì)于包含移位操作的非加減運(yùn)算指令，C中包含最后一次移出位的數(shù)值。

對(duì)于其他非加減運(yùn)算指令，C位的值通常不受影響。

30:Z z=1表示運(yùn)算的結(jié)果為零;z=0表示運(yùn)算的結(jié)果不為零。對(duì)于CMP指令，Z=1表示進(jìn)行比較的兩個(gè)數(shù)大小相等。

31:N 當(dāng)兩個(gè)表示的有符號(hào)整數(shù)運(yùn)算時(shí)，n=1表示運(yùn)算結(jié)果為負(fù)數(shù)，n=0表示結(jié)果為正書或零。

MRS：狀態(tài)寄存器到通用寄存器的傳送指令。

MSR：通用寄存器到狀態(tài)寄存器的傳送指令