ARM筆記-寄存器以及模式特點

ARM微處理器支持7種運行模式，分別為：
1.用戶模式（usr）：ARM處理器正常的程序執行狀態；
2.   快速中斷模式（fiq）：用于高速數據傳輸或通道管理；
3.   外部中斷模式（irq）：用于通用的中斷處理；
4.    管理模式（svc）：操作系統使用的保護模式；
5.    數據訪問終止模式（abt）：當數據或指令預取終止時進入該模式，用于虛擬存儲及存儲保護；
6.   系統模式（sys）：運行具有特權的操作系統任務；
7.   未定義指令中止模式（und）：當未定義指令執行時進入該模式，可用于支持硬件協處理器的軟件仿真

ARM體系結構的存儲器格式有如下兩種：
 大端格式：字數據的高字節存儲在低地址中，字數據的低字節存放在高地址中；
 小端格式：與大端存儲格式相反，高地址存放數據的高字節，低地址存放數據的低字節

 ARM寄存器總結：
  ARM有16個32位的寄存器（r0到r15）。
 r15充當程序寄存器PC，r14（link register）存儲子程序的返回地址，r13存儲的是堆棧地址。
ARM有一個當前程序狀態寄存器：CPSR。
一些寄存器（r13，r14）在異常發生時會產生新的instances，比如IRQ處理器模式，這時處理器使用r13_irq和r14_irq
 ARM的子程序調用是很快的，因為子程序的返回地址不需要存放在堆棧中。
1、 ARM處理器共有37個寄存器，其中包括：

i. 31個通用寄存器，包括程序計數器(PC)在內。都是32位寄存器

ii. 6個狀態寄存器，都是32位寄存器，但目前只使用了其中12位

2、 ARM處理器有7種不同的處理器模式，在每一種處理器模式中有一組相應的寄存器組

。任意時刻（也就是任意的處理器模式下），可見的寄存器包括15個通用寄存器（R0～

R14）、一個或兩個狀態寄存器及程序計數器（PC）。在所有的寄存器中，有些是各模式

共用的同一個物理寄存器，有些是各模式自己擁有的獨立的物理寄存器。

3、 通用寄存器可以分為3類：未備份寄存器（R0～R7）、備份寄存器（R8~R14）和程序

計數器PC（R15）。對于每一個未備份寄存器來說，在所有的處理器模式下指的都是同一

個物理寄存器。對應備份寄存器R8～R12來說，每個寄存器對應兩個不同的物理寄存器，

這使得中斷處理非常簡單。例如，僅僅使用R8~R14寄存器時，FIQ處理程序可以不必執行

保存和恢復中斷現場的指令，從而使中斷處理過程非常迅速。對于備份寄存器R13和R14

來說，每個寄存器對應6個不同的物理寄存器，其中的一個是用戶模式和系統模式共用的

，另外的5個對應于其他5種處理器模式。

4、 每一種異常模式擁有自己的物理的R13。應用程序初始化該R13，使其指向該異常模

式專用的棧地址。當進入異常模式時，可以將需要使用的寄存器保存在R13所指的棧中；

當退出異常處理程序時，將保存在R13所指的棧中的寄存器值彈出。這樣就使異常處理程

序不會破壞被其中斷程序的運行現場。

5、 寄存器R14又被稱為連接寄存器（Link Register，LR），在ARM體系中具有下面兩種

特殊的作用：

i. 每一種處理器模式自己的物理R14中存放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。在子程序中，當把R14的值復制到程

序計數器PC中時，子程序即返回。

ii. 當異常中斷發生時，該異常模式特定的物理R14被設置成該異常模式將要返回的地址

，對于有些異常模式，R14的值可能與將返回的地址有一個常數的偏移量。具體的返回方

式與子程序返回方式基本相同。

6、 由于ARM采用了流水線機制，當正確讀取了PC的值時，該值為當前指令地址值加8個

字節。也就是說，對于ARM指令集來說，PC指向當前指令的下兩條指令的地址，由于ARM

指令是字節對齊的，PC值得第0位和第1位總為0。

7、 對于ARM版本3以及更低的版本，寫入R15的地址值的bits[1:0]被忽略，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bits[1:0]為0b00；否則會產

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]。

還有一些指令對于R15的用法有一些特殊的要求。比如，指令BX利用bit[0]來確定是ARM

指令，還是Thumb指令。

8、 指令mov pc, pc將程序跳轉到當前指令下面第2條指令處執行。類似的指令還有

add pc, pc, #0

9、 每一種處理器模式下都有一個專用的物理狀態寄存器，稱為SPSR（備份程序狀態寄

存器）。當特定的異常中斷發生時，這個寄存器用于存放當前程序狀態寄存器的內容。

在異常中斷程序退出時，可以用SPSR中保存的值來恢復CPSR。

10、 由于用戶模式和系統模式不是異常中斷模式，所以它們沒有SPSR。當在用戶模式或

系統模式中 訪問SPSR，將會產生不可預知的結果。