Arm的寄存器

 Arm的寄存器http://blog.sina.com.cn/s/blog_8c5d88390102vh1r.html

arm处理器一共37个32位的寄存器，其中31个是通用寄存器，6个为状态寄存器。但是不能被同时访问，具体哪些寄存器是可以访问的取决于arm处理器的工作状态和具体的运行模式。但是在任何情况下，通用寄存器R0-R14，程序寄存器PC，还有一个状态寄存器都是可以访问的。

    arm状态任意时刻可以访问16个通用寄存器和1-2个状态寄存器。特权模式下可以访问特定分组的寄存器

修正：图片有误，About改为Abort  

thumb状态寄存器集是arm状态下寄存器集的一个子集，程序可以访问8个通用寄存器，R0-R7，程序计数器pc，堆栈指针sp，连接寄存器lr和cpsr当前程序状态寄存器。

寄存器对应关系：
thumb状态和arm状态下的R0-R7是相同的

thumb状态的cpsr和arm状态的spsr是相同的

thumb状态的sp和arm状态的R13相同

thumb状态的lr和arm状态的R14相同

thumb状态的程序计数器pc和arm状态的R15相同

arm的通用寄存器：

所谓寻址方式就是处理器根据指令中给出的地址信息来寻找物理地址的方法。

AMR寄存器的别名 + APCS

默认的情况下，这些寄存器只是叫做r0,r1,...,r14等，而APCS 对其起了不同的别名。

使用汇编器预处理器的功能，你可以定义 R0 等名字，但在你修改其他人写的代码的时候，最好还是学习使用 APCS 名字。

一般编程过程中，最好按照其约定，使用对应的名字，这样使得程序可读性更好。

关于不同寄存器所对应的名字，见下表：

Table 3.2. ARM寄存器的别名

寄存器名字Reg#APCS意义R0a1工作寄存器R1a2"R2a3"R3a4"R4v1必须保护R5v2"R6v3"R7v4"R8v5"R9v6"R10sl栈限制R11fp帧指针R12ip内部过程调用寄存器R13sp栈指针R14lr连接寄存器R15pc程序计数器

                  The following register names are predeclared:

1. r0-r15 and R0-R15
2. a1-a4 (argument, result, or scratch registers, synonyms for r0 to r3)
3. v1-v8 (variable registers, r4 to r11)
4. sb and SB (static base, r9)
5. ip and IP (intra-procedure-call scratch register, r12)
6. sp and SP (stack pointer, r13)
7. lr and LR (link register, r14)
8. pc and PC (program counter, r15)

ARM处理器模式切换（含MRS，MSR指令）

除了用户模式和系统模式，其余模式下都有一个私有SPSR保存状态寄存器，用来保存切换到该模式之前的执行状态，之所以用户模式和系统模式没有SPSR是因为，通常CPU大部分时间执行在用户模式下，当产生异常或系统调用时会分别切换进入另外几种模式，保存用户模式下的状态，当切换回原先模式时，直接回复SPSR的值到CPSR就可以了，因此，用户模式和系统模式下不需要SPSR，其详细操作查看下节异常处理。

以上几种模式通过CPSR里的M[4:0]位进行区分，如图3-1所示：

 

图3-1 CPSR控制位

通过向模式位M[4:0]里写入相应的数据切换到不同的模式，在对CPSR，SPSR寄存器进行操作不能使用mov，ldr等通用指令，只能使用特权指令msr和mrs。

在ARM处理器中，只有MRS（Move to Register from State register）指令可以对状态寄存器CPSR和SPSR进行读操作。通过读CPSR可以获得当前处理器的工作状态。读SPSR寄存器可以获得进入异常前的处理器状态（因为只有异常模式下有SPSR寄存器）。

例如：

MRS    R1，CPSR   ; 将CPSR状态寄存器读取，保存到R1中

MRS    R2，SPSR    ; 将SPSR状态寄存器读取，保存到R2中

通过MRS指令可以取得状态寄存器里的值，然后比较其模式位M[4:0]的值判断当前所处模式，当然也可以比较其它相应位了解当前CPU的状态。

同样，在ARM处理器中，只有MSR指令可以对状态寄存器CPSR和SPSR进行写操作。与MRS配合使用，可以实现对CPSR或SPSR寄存器的读-修改-写操作，可以切换处理器模式、或者允许/禁止IRQ/FIQ中断等。

由于xPSR寄存器代表了CPU的状态，其每个位有特殊意义，在执行对xPSR状态寄存器写入时（读取时不存在该用法），为了防止误操作和方便记忆，将xPSR里32位分成四个区域，每个区域用小写字母表示：

c  控制域屏蔽 psr[7..0]

x  扩展域屏蔽 psr[15..8]

s  状态域屏蔽 psr[23..16]

f  标志域屏蔽 psr[31..24]

注意：区域名必须为小写字母

向对应区域进行执行写入时，使用xPSR_x可以指定写入区域，而不影响状态寄存器其它位，如：

使能IRQ中断：

ENABLE_IRQ

    MRS    R0， CPSR            ; 将CPSR寄存器内容读出到R0

    BIC    R0， R0，#0x80     ; 清掉CPSR中的I控制位

    MSR    CPSR_c，R0          ; 将修改后的值写回 CPSR寄存器的对应控制域

    MOV    PC，LR                       ; 返回上一层函数

禁用IRQ中断：

DISABLE_IRQ

    MRS    R0 CPSR                          ; 将CPSR寄存器内容读出到R0

    ORR    R0， R0，#0x80    ; 设置CPSR中的I控制位

    MSR    CPSR_c，R0          ; 将修改后的值写回 CPSR寄存器的对应控制域

    MOV    PC，LR                          ; 返回上一层函数

下表列出了不同模式的二进制数表示：

表3-3 不同工作模式对应二进制

模式名

用户

快中断

中断

管理

中止

未定义

系统

M[4:0]

10000

10001

10010

10011

10111

11011

11111

在对开发板进行初始化时，用对不同模式指定其栈空间，下面例子对各模式的栈指针sp进行初始化：

stack_init                                                            ; 栈指针初始化函数

    @ undefine_stack                                       

    msr cpsr_c， #0xdb                                   ; 切换到未定义异常

    ldr        sp， =0x34000000                        ; 栈指针为内存最高地址，栈为倒生的栈

                                                                            ; 栈空间的最后1M 0x34000000~0x33f00000

    @ abort_stack                                                      

    msr cpsr_c， #0xd7                                   ; 切换到终止异常模式

    ldr        sp， =0x33f00000                         ; 栈空间为1M，0x33f00000~0x33e00000

    @ irq_stack                                                

    msr      cpsr_c，    #0xd2                           ; 切换到中断模式

    ldr        sp， =0x33e00000                        ; 栈空间为1M，0x33e00000~0x33d00000

    @ sys_stack                                               

    msr      cpsr_c，    #0xdf                                     ; 切换到系统模式

    ldr        sp， =0x33d00000                        ; 栈空间为1M，0x33d00000~0x33c00000

    msr      cpsr_c，    #0xd3                            ; 切换回管理模式

    mov pc， lr