ARMv8寄存器的介绍

一、寄存器的作用

寄存器是CPU的内部构成单元，是CPU运算时取指令和数据最快的地方。它可以用来暂存指令、数据和地点。在CPU的控制部件中，包罗的寄存器有指令寄存器（IR）和程序计数器（PC）。CPU的算术逻辑部件中，包罗的寄存器有累加器（ACC），具体的有：

• 高速访问：寄存器是CPU内部最快的存储单元，比主存（RAM）和缓存（Cache）访问速率更快，通常在一个时钟周期内完成读写操作。
  
• 减少等待时间：频仍利用寄存器进行数据存储和操作，减少了对主存的访问，制止了长时间的等待，从而进步了处理速率。
  
• 简化指令实行：寄存器直接存储操作数和计算结果，使指令实行更轻便，不必要频仍从内存读取数据，简化了指令的实行流程。
  
• 并行处理：寄存器支持多条指令的并行实行，通过寄存器重定名技术
  
• 制止数据相干性问题，进步指令级并行性和处理器的团体吞吐量。
  
• 减少总线辩论：利用寄存器操作数据可以减少总线访问频率，低沉总线辩论，进步体系的团体性能和相应速率。
  

二、寄存器（Register）与寄存器组结构

寄存器结构
每个寄存器由多个触发器构成，输入数据通过写使能信号控制是否写入新值。读出数据通过读口送出。当写使能（Write Enable）为0时，时钟边沿到来时输出稳定；当写使能信号为1时，时钟边沿到来时输出开始变为输入。若每个时钟边沿都写入，则不必要Write Enable信号。
寄存器组结构
寄存器组由多个寄存器构成，每个寄存器都可以通过编号来定位。N位编号可以表示2的N次方个寄存器，而M个寄存器的位数则是log M的上取整。
三、ARMv8寄存器介绍

ARMv8中有34个寄存器，包罗31个64 位通用寄存器、1个64 位的程序计数（Program Counter， PC）指针寄存器、栈指针（StackPointer， SP）寄存器以及异常链接寄存器（Exception Link Register， ELR），一个处理器状态寄存器PSTATE来表示当前的处理器状态(processor state),

1、通用寄存器
AArch64实行状态支持31个64位的通用寄存器，分别是X0-X30寄存器，而AArch32状态支持16个32位的通用寄存器。除用于数据运算和存储之外，通用寄存器还可以在函数调用过程中起到特殊作用，ARM64体系结构的函数调用尺度和规范对此有所约定，如下图所示。

• X0-X7  用于参数转达
  
• X9-X15  在子函数中利用这些寄存器时，直接利用即可, 无需save/restore. 在汇编代码中x9-x15出现的频率极低 在子函数中利用这些寄存器时，直接利用即可, 无需save/restore. 在汇编代码中x9-x15出现的频率极低
  
• X19-X29 在callee子函数中利用这些寄存器时，必要先save这些寄存器，在退出子函数时再resotre 在callee子函数中利用这些寄存器时，必要先save这些寄存器，在退出子函数时再resotre
  
• X8, X16-X18, X29, X30  这些都是特殊用途的寄存器 – X8： 用于返回结果 – X16、X17 ：进程内临时寄存器 – X18 ：resrved for ABI – X29 ：FP（frame pointer register） – X30 ：LR
  

在 AArch64 状态下，利用 X（如 X0、 X30 等）表示 64 位通用寄存器。别的，还可以利用
W 来表示低 32 位的数据，如 W0 表示 X0 寄存器的低 32 位数据， W1 表示 X1 寄存器的低 32
位数据，
 

2、PSTATE寄存器
AArch64 体系结构利用 PSTATE 寄存器来表示当前处理器状态（processor state），PSTATE的主要字段

• N（Negative）：负数标记位，结果为负数时置1。
  
• Z（Zero）：零标记位，结果为零时置1。
  
• C（Carry）：进位标记位，算术运算发生进位时置1。
  
• V（Overflow）：溢出标记位，算术运算发生溢出时置1。
  
• EL（Exception Level）：异常级别，指示当前的异常处理级别。
  
• SP（Stack Pointer Select）：栈指针选择，指示当前利用的栈指针（SP_EL0或SP_ELx）。
  

3、特殊寄存器
ARMv8架构中还有一些专用寄存器，用于特定功能和操作。主要的专用寄存器包罗：

• SP_ELx（Stack Pointer Registers for Exception Levels）：每个异常级别都有独立的栈指针寄存器（SP_EL0, SP_EL1, SP_EL2, SP_EL3）。
  
• ELR_ELx（Exception Link Registers for Exception Levels）：每个异常级别都有独立的异常链接寄存器（ELR_EL1, ELR_EL2, ELR_EL3），用于存储异常返回地点。
  
• SPSR_ELx（Saved Program Status Registers for Exception Levels）：每个异常级别都有独立的保存程序状态寄存器（SPSR_EL1, SPSR_EL2, SPSR_EL3），用于保存异常发生时的PSTATE值。
  

4、体系寄存器
体系寄存器用于控制和管理CPU的操作模式、特权级别、内存管理、停止处理等关键体系功能。主要的体系寄存器包罗：

• SCTLR_ELx（System Control Register）：体系控制寄存器，用于控制和设置处理器的体系级特性，如内存保护、缓存计谋等。
  
• TTBR0_ELx（Translation Table Base Register）：转换表基地点寄存器，用于定义页表的基地点，支持内存地点转换和假造内存管理。
  
• MAIR_ELx（Memory Attribute Indirection Register）：内存属性指示寄存器，用于定义差别内存区域的属性，如缓存计谋、访问权限等。
  
• TCR_ELx（Translation Control Register）：转换控制寄存器，用于控制地点转换的行为和特性，如地点范围、页大小等。
  
• ESR_ELx（Exception Syndrome Register）：异常综合症寄存器，用于存储异常发生时的状态信息，资助调试和错误处理。
  

 程序可以通过 MSR 和 MRS 指令访问体系寄存器。

1. mrs X0, TTBR0_EL1 //把 TTBR0_EL1 的值复制到 X0 寄存器
2. msr TTBR0_EL1, X0 //把 X0 寄存器的值复制到 TTBR0_EL1

复制代码

参考：
https://mbd.baidu.com/newspage/data/dtlandingsuper?nid=dt_4088083317822557806&sourceFrom=search_a
https://zhuanlan.zhihu.com/p/711014643
ARMv8寄存器详解-CSDN博客

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