ARM處理器共有37個(gè)寄存器。其中包括:31個(gè)通用寄存器,包括程序計(jì)數(shù)器(PC)在內(nèi)。這些寄存器都是32位寄存器。以及6個(gè)32位狀態(tài)寄存器。但目前只使用了其中12位。ARM處理器共有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(yīng)的寄存器組。任意時(shí)刻(也就是任意的處理器模式下),可見的寄存器包括15個(gè)通用寄存器(R0~R14)、一個(gè)或兩個(gè)狀態(tài)寄存器及程序計(jì)數(shù)器(PC)。在所有的寄存器中,有些是各模式共用的同一個(gè)物理寄存器;有一些寄存器是各模式自己擁有的獨(dú)立的物理寄存器。表1列出了各處理器模式下可見的寄存器情況。
表1 各種處理器模式下的寄存器
用戶模式
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系統(tǒng)模式
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特權(quán)模式
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中止模式
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未定義指令模式
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外部中斷模式
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快速中斷模式
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R0
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R0
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R0
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R0
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R0
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R0
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R0
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R1
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R1
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R1
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R1
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R1
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R1
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R1
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R2
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R2
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R2
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R2
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R2
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R2
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R2
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R3
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R3
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R3
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R3
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R3
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R3
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R3
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R4
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R4
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R4
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R4
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R4
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R4
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R4
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R5
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R5
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R5
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R5
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R5
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R5
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R5
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R6
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R6
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R6
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R6
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R6
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R6
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R6
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R8
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R8
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R8
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R8
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R8
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R8
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R8_fiq
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R9
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R9
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R9
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R9
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R9
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R9
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R9_fiq
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R10
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R10
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R10
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R10
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R10
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R10
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R10_fiq
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R11
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R11
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R11
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R11
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R11
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R11
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R11_fiq
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R12
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R12
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R12
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R12
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R12
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R12
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R12_fiq
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R13
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R13
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R13_svc
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R13_abt
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R13_und
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R13_inq
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R13_fiq
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R14
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R14
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R14_svc
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R14_abt
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R14_und
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R14_inq
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R14_fiq
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PC
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PC
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PC
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PC
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PC
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PC
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PC
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CPSR
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CPSR
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CPSR
SPSR_svc
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CPSR
SPSR_abt
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CPSR
SPSR_und
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CPSR
SPSR_inq
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CPSR
SPSR_fiq
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通用寄存器可以分為下面3類:未備份寄存器(The unbanked registers),包括R0~R7。備份寄存器(The banked registers),包括R8~R14。程序計(jì)數(shù)器PC,即R15。
未備份寄存器包括R0~R7。
對于每一個(gè)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(gè)物理寄存器。在異常中斷造成處理器模式切換時(shí),由于不同的處理器模式使用相同的物理寄存
器,可能造成寄存器中數(shù)據(jù)被破壞。未備份寄存器沒有被系統(tǒng)用于特別的用途,任何可采用通用寄存器的應(yīng)用場合都可以使用未備份寄存器。
對于備份寄存器R8~R12來說,每個(gè)寄存器對應(yīng)兩個(gè)不同的物理寄存器。例如,當(dāng)使用快速中斷模式下的寄存器時(shí),寄存器R8和寄存器R9分別記作R8_fiq、R9_fiq;當(dāng)使用用戶模式下的寄存器時(shí),寄存器R8和寄存器R9分別記作R8_usr、R9_usr等。在這兩種情況下使用的是不同的物理寄存器。系統(tǒng)沒有將這幾個(gè)寄存器用于任何的特殊用途,但是當(dāng)中斷處理非常簡單,僅僅使用R8~R14寄存器時(shí),FIQ處理程序可以不必執(zhí)行保存和恢復(fù)中斷現(xiàn)場的指令,從而可以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(gè)寄存器對應(yīng)6個(gè)不同的物理寄存器,其中的一個(gè)是用戶模式和系統(tǒng)模式共用的;另外的5個(gè)對應(yīng)于其他5種處理器模式。采用記號(hào)R13_<mode>來區(qū)分各個(gè)物理寄存器:
其中,<mode>可以是下面幾種模式之一:usr、svc、abt、und、irq及fiq。
寄存器R13在ARM中常用作棧指針。在ARM指令集中,這只是一種習(xí)慣的用法,并沒有任何指令強(qiáng)制性的使用R13作為棧指針,用戶也可以使用其他的寄存器作為棧指
針;而在Thumb指令集中,有一些指令強(qiáng)制性地使用R13作為棧指針。
每一種異常模式擁有自己的物理的R13。應(yīng)用程序初始化該R13,使其指向該異常模式專用的棧地址。當(dāng)進(jìn)入異常模式時(shí),可以將需要使用的寄存器保存在R13所指的棧中;當(dāng)退出異常處理程序時(shí),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(huì)破壞被其中斷程序的運(yùn)行現(xiàn)場。
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:每一種處理器模式自己的物理R14中存放在當(dāng)前子程序的返回地址。當(dāng)通過BL或BLX指令調(diào)用子程序時(shí),R14被設(shè)置成該子程序的返回地址。在子程序中,當(dāng)把R14的值復(fù)制到程序計(jì)數(shù)器PC中時(shí),子程序即返回。
當(dāng)異常中斷發(fā)生時(shí),該異常模式特定的物理R14被設(shè)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(gè)常數(shù)的偏移量。具體的返回方式與上面的子程序返回方式基本相同。
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