ARM微處理器的編程模型之：ARM寄存器組織

1．程序計數器讀操作

由于ARM的流水線機制，指令讀出的r15的值是指令地址加上8個字節。由于ARM指令始終是字對齊的，所以讀出的結果位[1∶0]始終是0（但在Thumb狀態下，指令為2字節對齊，bit[0]=0）。

讀PC主要用于快速地對臨近的指令或數據進行位置無關尋址，包括程序中的位置無關分支。

需要注意的是，當使用指令STR或STM對r15進行保存時，保存的可能是當前指令地址加8或當前指令地址加12。到底是哪種方式，取決于芯片的具體設計方式。當然，在同一個芯片中，要么采用當前指令地址加8，要么采用當前指令地址加12，不可能有些指令采用當前地址加8，有些采用當前地址加12。程序開發人員應盡量避免使用STR或STM指令來對r15進行操作。當不可避免要使用這種方式時，可以先通過一小段程序來確定所使用的芯片是使用哪種方式實現的。例如：

SUB R1,PC,#4 ;r1中存放STR指令地址

STR PC,[R0] ;將PC=STR地址+offset保存到r0中

LDR R0,[R0]

SUB R0,R0,R1 ;offset=PC－STR地址

2．程序計數器寫操作

當指令向r15寫入地址數據時，如果指令成功返回，它將使程序跳轉到該地址執行。由于ARM指令是字對齊的，寫入r15的地址值應滿足bit[1：0]=0b00，具體的規則根據ARM版本的不同也有所不同：

· 對于ARM版本3以及更低的版本，寫入r15的地址值bit[1：0]被忽略，即寫入r15的地址值將與0xFFFFFFFC做與操作。

· 對于ARM版本4以及更高的版本，程序必須保證寫入r15寄存器的地址值的bit[1：0]為0b00，否則將會產生不可預知的結果。

對于Thumb指令集來說，指令是半字對齊的。處理器將忽略bit[0]，即寫入r15寄存器的值在寫入前要先和0XFFFFFFFE做與操作。

有些指令對r15的操作有特殊的要求。比如，指令BX利用bit[0]來確定需要跳轉到的子程序是ARM狀態還是Thumb狀態。

3.3.3 程序狀態寄存器

當前程序狀態寄存器CPSR（Current Program Status Register）可以在任何處理器模式下被訪問，它包含下列內容。

· ALU（Arithmetic Logic Unit）狀態標志的備份。

· 當前的處理器模式。

· 中斷使能標志。

· 設置處理器的狀態（只在4T架構）。

每一種處理器模式下都有一個專用的物理寄存器作備份程序狀態寄存器SPSR（Saved Program Status Register）。當特定的異常中斷發生時，這個物理寄存器負責存放當前程序狀態寄存器的內容。當異常處理程序返回時，再將其內容恢復到當前程序狀態寄存器。

CPSR寄存器（和保存它的SPSR寄存器）中的位分配如圖3.4所示。

注意

對于CMP指令，Z=1表示進行比較的兩個數相等。

· C

下面分4種情況討論C的設置方法。

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

② 在減法指令中（包括比較指令CMP），當運算中發生錯位（即無符號數運算發生下溢出），則C=0，；其他情況下C=1。

③ 對于在操作數中包含移位操作的運算指令（非加/減法指令），C被設置成被移位寄存器最后移出去的位。

④ 對于其他非加/減法運算指令，C的值通常不受影響。

· V

下面分兩種情況討論V的設置方法。

① 對于加/減運算指令，當操作數和運算結果都是以二進制的補碼表示的帶符號的數時，V=1表示符號位溢出。

② 對于非加/減法指令，通常不改變標志位V的值（具體可參照ARM指令手冊）。

盡管以上C和V的定義看起來頗為復雜，但使用時在大多數情況下用一個簡單的條件測試指令即可，不需要程序員計算出條件碼的精確值即可得到需要的結果。