原创 ARM寄存器介绍

ARM处理器含有37个寄存器，这些寄存器包括以下两类寄存器。

（1）31个通用寄存器：包括程序计数器PC等，这些寄存器都是32位寄存器。

（2）6个状态寄存器：状态寄存器也是32位的寄存器，但是只使用了其中的12位。

1．通用寄存器
在ARM处理器的7种模式下都有一组对应的寄存器组。在任意时刻，可见的寄存器组包括15个通用寄存器R0～R14、一个或两个状态寄存器和PC。在所有的寄存器中，有些是各种模式下共用的同一个物理寄存器，有些是各种模式自己独立拥有的物理寄存器。详细如表1-3所示。

表1-3 ARM物理寄存器

通用寄存器通常又可以分为下面3类。

n  未备份寄存器：包括R0～R7。

n  备份寄存器：包括R8～R14。

n  程序计数器PC：即R15。

1）未备份寄存器R0～R7

对于每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。

2）备份寄存器R8～R14

备份寄存器中的每个寄存器对应于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分别记做R8_fiq和
R9_fiq，当使用用户模式下的寄存器时，寄存器R8和寄存器R9分别记做R8_usr和R9_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。中断处理非常简单，仅仅使用R8～R14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很迅速。

对于备份寄存器R13、R14来说，每个寄存器对应于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个则对应于其他5种处理器模式，采用下面的方法来标识。

R13_<mode>，

其中<mode>是usr、svc、abt、und、irq和fiq的一种。

R13通常用做堆栈指针。每一种模式都拥有自己的物理R13。程序初始化R13，使其指向该模式专用的栈地址。当进入该模式时，可以将需要使用的寄存器保存在R13所指的栈中，当退出该模式时，将保存在R13所指的栈中的寄存器值弹出。这样就实现了程序的现场保护。

寄存器R14又被称为连接寄存器（LR），在ARM中有下面两种特殊用途。

①
每一种处理器模式在自己的物理R14中存放当前子程序的返回地址。当通过BL或者BLX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，就实现了子程序返回。

可以通过下面两种方式实现这种子程序的返回操作。

◆执行下面任何一条指令

MOV      pc, LR

BX          LR

◆在子程序入口使用下面指令将PC保存到栈中：

STMFD  SP!, {registers}, LR}

相应地，下面的指令可以实现子程序的返回：

LDMFD  SP!, { registers}, LR }

② 当发生异常中断的时候，该模式下的特定物理R14被设置成该异常模式将要返回的地址。对于某些异常，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。

3）程序计数器PC→R15

程序计数器R15又被记作PC。它虽然可以作为一般的通用寄存器使用，但是有一些指令在使用R15时有一些特殊限制。当违反了这些限制时，该指令执行的结果将是不可预料的。