ARM的2种工作状态，7种工作模式和37个寄存器

说明：当遇到软中断（SWI，Software Interrupt）时，也将进入到SVC模式下

7、未定义（undefine）

说明：用于支持通过软件方针硬件的协处理器

说明：1、用户模式外，其它6种模式称为特权模式。所谓特权模式，即具有如下权利：a.MRS（把状态寄存器的内容放到通用寄存器）；b.MSR（把通用寄存器的内容放到状态寄存器中）。由于状态寄存器中的内容不能够改变，因此要先把内容复制到通用寄存器中，然后修改通用寄存器中的内容，再把通用寄存器中的内容复制给状态寄存器中即可完成“修改状态寄存器”的任务。

2、剩下的六种模式中除去系统模式外，统称为异常模式。

三、ARM指令中有37个寄存器，有31个通用寄存器和6个状态寄存器。

原因：ARM处理器共有37个寄存器，其中包括：31个通用寄存器，包括程序计数器(PC)在内，这些寄存器都是32位寄存器，以及6个32位状态寄存器。但目前只使用了其中12位。ARM处理器共有7种不同的处理器模式，在每一种处理器模式中有一组相应的寄存器组。任意时刻(也就是任意的处理器模式下)，可见的寄存器包括15个通用寄存器(R0～R14)、一个或两个状态寄存器及程序计数器(PC)。在所有的寄存器中，有些是各模式共用的同一个物理寄存器；有一些寄存器是各模式自己拥有的独立的物理寄存器。 系统模式和用户模式共享相同的寄存器。用户、系统模式没有“保存的程序状态寄存器（SPSR）”，而其他5种模式分别有一个对应的“保存的状态寄存器（SPSR）”，即共五个SPSR，七个模式共用一个“当时程序状态寄存器（CPSR）”，即共六个状态寄存器，还有31个通用寄存器。

3.1 ARM工作状态下的寄存器组织

通用寄存器：

通用寄存器包括R0～R15，可以分为三类：

─ 未分组寄存器R0～R7

─ 分组寄存器R8～R14

─ 程序计数器PC(R15)

未分组寄存器R0～R7：

在所有的运行模式下，未分组寄存器都指向同一个物理寄存器，他们未被系统用作特殊的用途，因此，在中断或异常处理进行运行模式转换时，由于不同的处理器运行模式均使用相同的物理寄存器，可能会造成寄存器中数据的破坏，这一点在进行程序设计时应引起注意。

分组寄存器R8～R14

对于分组寄存器，他们每一次所访问的物理寄存器与处理器当前的运行模式有关。

对于R8～R12来说，每个寄存器对应两个不同的物理寄存器，当使用fiq模式时，访问寄存器R8_fiq～R12_fiq；当使用除fiq模式以外的其他模式时，访问寄存器R8_usr～R12_usr。

对于R13、R14来说，每个寄存器对应6个不同的物理寄存器，其中的一个是用户模式与系统模式共用，另外5个物理寄存器对应于其他5种不同的运行模式。

采用以下的记号来区分不同的物理寄存器：

R13_

R14_

其中，mode为以下几种模式之一：usr、fiq、irq、svc、abt、und。

寄存器R13在ARM指令中常用作，但这只是一种习惯用法，用户也可使用其他的寄存器作为堆栈指针。而在Thumb指令集中，某些指令强制性的要求使用R13作为堆栈指针。

由于处理器的每种运行模式均有自己独立的物理寄存器R13，在用户应用程序的初始化部分，一般都要初始化每种模式下的R13，使其指向该运行模式的栈空 间，这样，当程序的运行进入异常模式时，可以将需要保护的寄存器放入R13所指向的堆栈，而当程序从异常模式返回时，则从对应的堆栈中恢复，采用这种方式 可以保证异常发生后程序的正常执行。

R14也称作子程序连接寄存器（Subroutine Link Register）或连接寄存器LR。当执行BL子程序调用指令时，R14中得到R15（程序计数器PC）的备份。其他情况下，R14用作通用寄存器。与 之类似，当发生中断或异常时，对应的分组寄存器R14_svc、R14_irq、R14_fiq、R14_abt和R14_und用来保存R15的返回 值。

寄存器R14常用在如下的情况：

在每一种运行模式下，都可用R14保存子程序的返回地址，当用BL或BLX指令调用子程序时，将PC的当前值拷贝给R14，执行完子程序后，又将R14的值拷贝回PC，即可完成子程序的调用返回。以上的描述可用指令完成：

1、执行以下任意一条指令：

MOV PC，LR

BX LR

2、在子程序入口处使用以下指令将R14存入堆栈：

STMFD SP！,{,LR}

对应的，使用以下指令可以完成子程序返回：

LDMFD SP！,{,PC}

R14也可作为通用寄存器。

程序计数器PC(R15)

寄存器R15用作程序计数器（PC）。在ARM状态下，位[1:0]为0，位[31:2]用于保存PC；在Thumb状态下，位[0]为0，位 [31:1]用于保存PC；虽然可以用作通用寄存器，但是有一些指令在使用R15时有一些特殊限制，若不注意，执行的结果将是不可预料的。在ARM状态 下，PC的0和1位是0，在Thumb状态下，PC的0位是0。

R15虽然也可用作通用寄存器，但一般不这么使用，因为对R15的使用有一些特殊的限制，当违反了这些限制时，程序的执行结果是未知的。

由于ARM体系结构采用了多级流水线技术，对于ARM指令集而言，PC总是指向当前指令的下两条指令的地址，即PC的值为当前指令的地址值加8个字节。

在ARM状态下，任一时刻可以访问以上所讨论的16个通用寄存器和一到两个状态寄存器。在非用户模式（特权模式）下，则可访问到特定模式分组寄存器，上图说明在每一种运行模式下，哪一些寄存器是可以访问的。

寄存器R16：

寄存器R16用作CPSR(Current Program Status Register，当前程序状态寄存器)，CPSR可在任何运行模式下被访问，它包括条件标志位、中断禁止位、当前处理器模式标志位，以及其他一些相关的控制和状态位。

每一种运行模式下又都有一个专用的物理状态寄存器，称为SPSR（Saved Program Status Register，备份的程序状态寄存器），当异常发生时，SPSR用于保存CPSR的当前值，从异常退出时则可由SPSR来恢复CPSR。

由于用户模式和系统模式不属于异常模式，他们没有SPSR，当在这两种模式下访问SPSR，结果是未知的。

3.2 Thumb工作状态下的寄存器组织

Thumb状态下的寄存器集是ARM状态下寄存器集的一个子集，程序可以直接访问8个通用寄存器（R7～R0）、程序计数器（PC）、堆栈指针（SP）、 连接寄存器（LR）和CPSR。同时，在每一种特权模式下都有一组SP、LR和SPSR。图2.4表明Thumb状态下的寄存器组织。

Thumb状态下的寄存器组织与ARM状态下的寄存器组织的关系：

─ Thumb状态下和ARM状态下的R0～R7是相同的。

─ Thumb状态下和ARM状态下的CPSR和所有的SPSR是相同的。

─ Thumb状态下的SP对应于ARM状态下的R13。

─ Thumb状态下的LR对应于ARM状态下的R14。

─ Thumb状态下的程序计数器对应于ARM状态下R15

以上的对应关系如图2.5所示：

访问THUMB状态下的高位寄存器（Hi-registers）：

在Thumb状态下，高位寄存器R8～R15并不是标准寄存器集的一部分，但可使用汇编语言程序受限制的访问这些寄存器，将其用作快速的暂存器。使用带特 殊变量的MOV指令，数据可以在低位寄存器和高位寄存器之间进行传送；高位寄存器的值可以使用CMP和ADD指令进行比较或加上低位寄存器中的值。

程序状态寄存器

ARM体系结构包含一个当前程序状态寄存器（CPSR）和五个备份的程序状态寄存器（SPSRs）。备份的程序状态寄存器用来进行异常处理，其功能包括：

─ 保存ALU中的当前操作信息

─ 控制允许和禁止中断

─ 设置处理器的运行模式

程序状态寄存器的每一位的安排如下图所示：

条件码标志（Condition Code Flags）

N、Z、C、V均为条件码标志位。它们的内容可被算术或逻辑运算的结果所改变，并且可以决定某条指令是否被执行。

在ARM状态下，绝大多数的指令都是有条件执行的。

在Thumb状态下，仅有分支指令是有条件执行的。

N Negative 如果结果是负数则置位 Z Zero 如果结果是零则置位 C Carry 如果发生进位则置位 O Overflow 如果发生溢出则置位

原文链接：返回搜狐，查看更多