ARM处理器体系结构知识—[0]寄存器

ARM运行模式

用户模式(User):ARM处理器正常的程序执行状态。

快速中断模式(FIQ):用于高速数据传输或通道处理。

外部中断模式(IRQ):用于通用的中断处理。

管理模式(Supervisor):操作系统使用的保护模式。

数据访问终止模式(Abort):当数据或指令预取终止时进入该模式,可用于虚拟存储及存储保护。

系统模式(System):运行具有特权的操作系统任务。

未定义指令中止模式(Undifined):当未定义的指令执行时进入该模式,可用于支持硬件协处理器的软件仿真。

上面7种运行模式除了用户模式外均属于“特权”模式，“特权”模式下CPU可以访问受保护的系统资源。

ARM工作模式

ARM处理器有两种工作状态：ARM状态和Thumb状态。处理器可以在两种状态之间随意切换。当处理器处于ARM状态时，会执行32位字对齐的ARM指令，当处于Thumb状态时，执行的是16位对齐的Thumb指令。Thumb状态下对寄存器的命名与ARM有部分差异，他们的关系如下：

Thumb状态下的R0~R7与ARM状态下的R0~R7相同。

Thumb状态下的CPSR与ARM状态下的CPSR相同。

Thumb状态下的FP对应于ARM状态下的R11。

Thumb状态下的IP对应于ARM状态下的R12。

Thumb状态下的SP对应于ARM状态下的R13。

Thumb状态下的LR对应于ARM状态下的R14。

Thumb状态下的PC对应于ARM状态下的R15。

寄存器

寄存器是CPU内部用来存放数据的一些小型存储区域，和内存比起来CPU可以高效的读写寄存器，所以在各个CPU支持的汇编指令中都不会看到直接对两个内存间数据的处理的，都需要寄存器进行中转。

ARM微处理器共有37个寄存器，其中31个为通用寄存器，6个为状态寄存器，所有处理器均为32位。在ARM处理器不同运行模式下的寄存器用途也不同，在ARM处理器的不同工作状态下会对部分寄存器重命名，主要体现在汇编指令上。

31个通用寄存器又分为：未分组寄存器（R0~R7）、分组寄存器（R8~R14）和程序计数器（R15）.

System&User	FIQ	IRQ	Supervisor	Abort	Undifined
R0	R0	R0	R0	R0	R0
R1	R1	R1	R1	R1	R1
R2	R2	R2	R2	R2	R2
R3	R3	R3	R3	R3	R3
R4	R4	R4	R4	R4	R4
R5	R5	R5	R5	R5	R5
R6	R6	R6	R6	R6	R6
R7	R7	R7	R7	R7	R7
R8	R8_FIQ	R8	R8	R8	R8
R9	R9_FIQ	R9	R9	R9	R9
R10	R10_FIQ	R10	R10	R10	R10
R11	R11_FIQ	R11	R11	R11	R11
R12	R12_FIQ	R12	R12	R12	R12
R13	R13_FIQ	R13_IRQ	R13_ABT	R13_SVC	R13_UND
R14	R14_FIQ	R14_IRQ	R14_ABT	R14_SVC	R14_UND
R15(pc)	R15(pc)	R15(pc)	R15(pc)	R15(pc)	R15(pc)

未分组寄存器R0~R7

在所有运行模式下,未分组寄存器都指向同一个物理寄存器,它们未被系统用作特殊的用途。

在中断或异常处理进行运行模式转换时,由于不同的处理器运行模式均使用相同的物理寄存器,所以可能造成寄存器中数据的破坏。

分组寄存器R8~R14

不同模式下，CPU会使用对应模式下特有的寄存器。

R13（SP）寄存器，在ARM汇编指令中通常作为堆栈指针使用，在Thumb工作模式下强制使用SP（R13）作为堆栈指针。

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时，一般都要初始化每种模式下的R13，使其指向该运行模式下的栈空间。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所指向的堆栈，而当程序从异常模式返回时，则从对应的堆栈中恢复，采用这种方式可以保证异常发生后程序的正常执行。也就是说五种异常模式、非异常模式（用户模式和系统模式），都有各自独立的堆栈，用不同的堆栈指针来索引。这样当ARM进入异常模式的时候，程序就可以把一般通用寄存器压入堆栈，返回时再出栈，保证了各种模式下程序的状态的完整性。

R14 （LR）寄存器，称为链接寄存器(Link Register),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.

程序计数器PC(R15)

R15（PC）寄存器，用作程序计数器。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。

程序状态寄存器R16（CPSR）

寄存器R16用作CPSR(Current Program Status Register，当前程序状态寄存器)，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。

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