ARM汇编基础之内核寄存器详解

一文教你搞清楚ARM cortex-m3内核的寄存器；

文章目录

1 前言
2 寄存器全览
3 SP
4 LR
5 PC
6 PSR
7 中断屏蔽寄存器
8 总结

1 前言

本文以ARM的Cortex-M3内核为例，对于ARM的内核寄存器做一个简单的介绍，并且市面上Cortex-M3比较容易可以买到，可以结合实践加深对ARM汇编的理解。

2 寄存器全览

ARM的寄存器分为通用寄存器和特殊功能寄存器，从R0—R15，其中，R0-R12都是32位通用寄存器，用于数据操作。绝大多数16位Thumb指令只能访问R0-R7，而32 位Thumb-2 指令可以访问所有寄存器¹。具体如下图所示；

下图是在Keil MDK的调试环境下的寄存器列表，如下所示；

在这里插入图片描述

3 SP

Stack Pointer (SP)，栈指针寄存器，该寄存器始终保存着一个指向栈顶的值，值得注意的地方；

SP寄存器的Bit[1:0]（最低两位）始终为0，因此这个寄存器是按照字对齐的，也就是四个字节；
M3有两个堆栈指针，并且同一时刻只能使用其中的一个；
- 主堆栈指针（MSP/SP_main）：复位后默认使用的堆栈指针寄存器，用于操作系统内核以及异常处理例程（包括中断服务例程）；
- 进程堆栈指针（PSP/SP_process）：由用户的应用程序代码使用。

寄存器R13通常被用作堆栈指针寄存器，另外究竟使用哪个寄存器，由CPU的控制寄存器来决定；

Handler mode ：即系统发生异常（中断等）的情况会进入该模式，通常使用SP_main；
Thread mode：用户程序正常运行时处于该模式，可以选择使用SP_main 或 SP_process；

CPU的Configuration Control Register，如下图所示；
在这里插入图片描述
其中Bit[0]：NONEBASETHRDENA决定了CPU使用哪一种模式；

4 LR

Link Register (LR)，连接寄存器，即在调用子程序的时候，可以将当前的程序地址存入LR寄存器，这样就方便了函数的返回；
通常LR会配合BL和BLX来使用，下面简单举一个函数调用的例子；

	BL	func01
	BL	func02
	B .
		
func01
	MOV R5, #05
	BX LR
	
func02
	MOV R6, #06
	BX LR

5 PC

Program Counter(PC)，程序计数寄存器，这个寄存器的Bit [0]始终为0，所以指令的对齐方式是按照四个字节（一个字）或者两个字节（半字）来对齐的。

	LDR LR, =func01
	LDR PC, =func03
	B .
		
func01
	MOV R5, #05
	BX LR
	
func02
	MOV R6, #06
	BX LR
	
func03
	MOV R7, #07
	MOV R8, #08	
	BX LR

这个程序程序为直接将func03标签的地址装载到PC寄存器，因此程序会直接跳转到func03，因为之前将func01装载到LR寄存器，因此最终会调用函数func01。

6 PSR

程序状态寄存器（Program Status Register），记录 ALU 标志（0 标志，进位标志，负数标志，溢出标志），执行状态，以及当前正服务的中断号，整体如下图所示；
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20200520210314262.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTA2MzIxNjU=,size_16,color_FFFFFF,t_70

APSR：Application PSR；记录 ALU 标志（0 标志，进位标志，负数标志，溢出标志）
IPSR： Interrupt PSR；正服务的中断号；
EPSR：Execution PSR；执行状态；
xPSR：保存状态寄存器；

7 中断屏蔽寄存器

BASEPRI：禁止所有优先级不高于某个具体数值的中断；
PRIMASK：禁止所有的中断（除了不可屏蔽中断外NMI）;
FAULTMASK：禁止所有硬件错误导致的硬件上访中断；

8 总结

从cortex-m3内核对ARM架构的寄存器进行初步的了解，包括有哪些寄存器，以及这些寄存器的作用，配合简单的代码，从而加深理解，另外由于笔者能力有限，文中难免存在错误和纰漏，望大佬不吝赐教。

Cortex™-M3 Technical Reference Manual ↩︎