嵌入式学习笔记(2)ARM的37个寄存器详解

  • ARM中寄存器包括SFR和37个通用寄存器,通用寄存器是CPU(运算器+控制器+通用寄存器)的组成部分。
  • 37个通用寄存器是搭配7种工作模式来学习的。因为每种工作模式下,可见的通用寄存器都不相同,每种模式下最多只能看到18个寄存器,部分寄存器虽然名字相同,但是在当前模式下不可见。
  • 对于R13这个名字来说,在ARM中共有6个名叫R13(又叫sp)的寄存器,但是在每种特定工作模式下,只有当前模式的R13是可见的,其他r13必须切换到其他对应模式下才能看到。这种设计叫影子寄存(banked register)。
  • 用户模式与系统模式共用一组寄存器,5种异常模式有各自的R13、R14和SPSR。
  • R13用作栈指针,故也叫sp;由于处理器的每种运行模式均有自己独立的物理寄存器R13,在用户应用程序的初始化部分,一般都要初始化每种模式下的R13,使其指向该运行模式的栈空间。这样,当程序的运行进入异常模式时,可以将需要保护的寄存器放入R13所指向的栈,而当程序从异常模式返回时,则从对应的栈中恢复,采用这种方式可以保证异常发生后程序的正常执行。
  • R14用作保存返回地址,故也叫链接寄存器lr;当执行子程序调用指令(BL)时,R14可得到R15(程序计数器PC)的备份。在每一种运行模式下,都可用R14保存子程序的返回地址,当用BL或BLX指令调用子程序时,将PC的当前值复制给R14,执行完子程序后,又将R14的值复制回PC,即可完成子程序的调用返回。
  • r15用作程序控制寄存器,故也叫PC;在ARM状态下,位[1:0]为0,位[31:2]用于保存PC,在Thumb状态下,位[0]为0,位[31:1]用于保存PC。由于ARM体系结构采用了多级流水线技术,对于ARM指令集而言,PC总是指向当前指令的下两条指令的地址,即PC的值为当前指令的地址值加8个字节。
  • CPSR程序状态寄存器。记录当前CPU的状态;CPSR可在任何运行模式下被访问,它包括条件标志位、中断禁止位、当前处理器模式标志位,以及其他一些相关的控制和状态位。
  • SPSR是CPSR的复制。每一种运行模式下又都有一个专用的物理状态寄存器,称为SPSR(Saved Program Status Register,备份的程序状态寄存器),当异常发生时,SPSR用于保存CPSR的当前值,从异常退出时则可由SPSR来恢复CPSR。

由于用户模式和系统模式不属于异常模式,它们没有SPSR,当在这两种模式下访问SPSR,结果是未知的。

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