嵌入式-ARM寄存器基本概念

無論是學習哪一種處理器，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個寄存器，其中31個通用寄存器，6個狀態(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的寄存器的區(qū)別。

ARM自身是統(tǒng)一架構的，也就意味著37個寄存器無論在哪個公司的芯片里面都會出現(xiàn)。但是各家公司會對ARM進行外設的擴展，所以就出現(xiàn)了好多外設寄存器，一定要與這37個寄存器區(qū)別開來!!!

1、備份寄存器(R8-R14)

對于R8-R12來說，除在快速中斷模式下，每個模式對應相同物理寄存器，所以在FIQ模式下可不必保護和恢復中斷現(xiàn)場。

對于R13-R14來說，每個寄存器對應6個不同的物理寄存器，其中一個是用戶模式和系統(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，其他模式在使用時的名字構成為R13_。

寄存器R14又被稱

2、不分組寄存器(R0-R7)

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

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

有下面兩種特殊用途：

A、每個處理器模式自己的物理R14中存放在當前子程序的返回地址。當通過BL或BLX指令調用子程序時，R14被設置成該子程序的返回地址。

B、當異常中斷發(fā)生時，該異常模式下的R14被設置成保存該模式基于PC的返回地址，對于有些異常模式，R14的值有可能與將返回的地址有個常數(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介紹)。

3、程序計數(shù)器R15

對于用戶來說，盡量避免使用STR/STM指令來保存R15的值。當成功向R15寫入一個地址數(shù)值時，程序將跳轉到該地址執(zhí)行。

在ARM狀態(tài)下指令總是字對齊的，所以PC的PC[1：0]位恒為零，在想PC寫入地址時一定要注意將PC[1：0]設為零。

ARM采用的是3級流水線結構，所以PC指向的是當前執(zhí)行指令的下兩條指令，PC-8為當前指令地址。

4、程序狀態(tài)寄存器

CPSR(當前程序狀態(tài)寄存器)可以在任何處理器模式下被訪問。同時除了用戶和系統(tǒng)模式以外，每中處理器模式下都有一個專用的物理狀態(tài)寄存器，稱為 SPSR(備份程序狀態(tài)寄存器)。當特定的異常中斷發(fā)生時，這個寄存器用于存放當前程序狀態(tài)寄存器的內容。當在用戶模式和系統(tǒng)模式中訪問SPSR，將會產(chǎn)生不可預知的結果。

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,如果錯誤設置,將會引起無法預料的錯誤。

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

在ARM V5以前的版本及ARM V5的非E系列的處理器中，Q標識位沒有被定義

28:V 對于加減運算指令，當操作數(shù)和運算結果為二進制的補碼表示的帶符號數(shù)時，V=1表示符號為溢出;通常其他指令不影響V位。

對于其他指令，V統(tǒng)常不發(fā)生變化。

29:C 下面分四種情況討論C的設置方法：

在加法指令中(包括比較指令CMN)，當結果產(chǎn)生了進位,則C=1,表示無符號運算發(fā)生上溢出;其他情況C=0。

在減法指令中(包括減法指令CMP)，當運算中發(fā)生借位，則C=0，表示無符號運算數(shù)發(fā)生下溢出;其他情況下C=1。

對于包含移位操作的非加減運算指令，C中包含最后一次移出位的數(shù)值。

對于其他非加減運算指令，C位的值通常不受影響。

30:Z z=1表示運算的結果為零;z=0表示運算的結果不為零。對于CMP指令，Z=1表示進行比較的兩個數(shù)大小相等。

31:N 當兩個表示的有符號整數(shù)運算時，n=1表示運算結果為負數(shù)，n=0表示結果為正書或零。

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