ARM 架构--通用寄存器/状态寄存器/控制寄存器/特别用途寄存器 ...

目录

一 ARM 架构中的寄存器
ARM 架构中的寄存器
通用寄存器
状态寄存器
控制寄存器
特别用途寄存器
总结
二 通用寄存器
ARM 架构中的通用寄存器
ARMv7 架构
ARMv8 架构
实例
ARMv7 架构
ARMv8 架构
三 状态寄存器
ARM 架构中的状态寄存器
状态寄存器
详细分析
实例
ARMv7 架构
ARMv8 枩构
四 特别用途寄存器
ARM 架构下的特别用途寄存器
堆栈指针 (SP)
链接寄存器 (LR)
程序计数器 (PC)
体系寄存器 (SYSREG)

---

一 ARM 架构中的寄存器

ARM 架构中的寄存器

在 ARM 架构中，寄存器是 CPU 内部用于存储数据、地址和状态信息的关键组件。ARM 架构界说了一系列的寄存器，包罗通用寄存器、状态寄存器、程序计数器等。下面是对 ARM 架构中主要寄存器的介绍：
通用寄存器

通用寄存器是一组用于存储数据和地址的寄存器。在 ARM 架构的不同版本中，这些寄存器的数量和命名有所不同。

• R0-R15 (R0-R14 + PC):
  
  
  
  • 在 ARMv7 和之前的版本中，有 16 个通用寄存器，编号从 R0 到 R15。
    
  • R0 到 R14 用于存储数据和地址。
    
  • R15 通常被称为程序计数器（PC），用于存储下一条指令的地址。
    
  
  
• X0-X30 (X0-X29 + SP):
  
  
  
  • 在 ARMv8 和之后的版本中，有 31 个通用寄存器，编号从 X0 到 X30。
    
  • X0 到 X29 用于存储数据和地址。
    
  • X30 通常被称为链接寄存器（LR），用于保存返回地址。
    
  • X31 通常被称为堆栈指针（SP），用于管理堆栈。
    
  
  

状态寄存器

状态寄存器用于存储 CPU 的状态信息，例如标志位、中断使能状态等。

• Program Status Register (PSR):
  
  
  
  • PSR 是 ARM 架构中的一个重要的状态寄存器，包含了多个子寄存器，用于存储 CPU 的状态信息。
    
  • PSR 包罗：
    
    
    
    • Application Program Status Register (APSR): 用于存储条件码标志位（如 N、Z、C、V 等）。
      
    • Implementation-defined Program Status Register (IPSR): 用于指示当前正在处理惩罚的中断。
      
    • Program Status Register (EPSR): 用于存储控制位，如中断使能位。
      
    
    
  
  

控制寄存器

控制寄存器用于控制 CPU 的行为，如中断控制、调试控制等。

• Control Register (CTRL):
  
  
  
  • 用于控制某些 CPU 特性，如是否启用调试模式等。
    
  
  
• Auxiliary Control Register (ACTLR):
  
  
  
  • 用于控制辅助特性，如性能监控单元（PMU）等。
    
  
  

特别用途寄存器

除了通用寄存器和状态寄存器之外，ARM 架构还包罗一些特别用途的寄存器。

• Stack Pointer (SP):
  
  
  
  • 用于管理堆栈，通常映射到通用寄存器 X31/R13。
    
  
  
• Link Register (LR):
  
  
  
  • 用于保存返回地址，通常映射到通用寄存器 X30/R14。
    
  
  
• Program Counter (PC):
  
  
  
  • 用于存储下一条指令的地址，通常映射到通用寄存器 X15/R15。
    
  
  
• System Register (SYSREG):
  
  
  
  • 用于控制和监视 CPU 的各种特性和状态，如中断控制、缓存控制等。
    
  
  

总结

• 通用寄存器:
  
  
  
  • 用于存储数据、地址等。
    
  • 在 ARMv7 和之前版本中，编号为 R0 到 R15。
    
  • 在 ARMv8 和之后版本中，编号为 X0 到 X30。
    
  • R15/X15 通常称为程序计数器（PC）。
    
  • X30 通常称为链接寄存器（LR）。
    
  • X31/R13 通常称为堆栈指针（SP）。
    
  
  
• 状态寄存器:
  
  
  
  • 用于存储 CPU 的状态信息，如条件码标志位等。
    
  • 包罗 APSR、IPSR 和 EPSR。
    
  
  
• 控制寄存器:
  
  
  
  • 用于控制 CPU 的行为，如 CTRL 和 ACTLR。
    
  
  
• 特别用途寄存器:
  
  
  
  • 包罗 SP、LR、PC 和 SYSREG。
    
  
  

这些寄存器构成了 ARM 架构的核心组成部分，对于明白和编写 ARM 架构的汇编语言程序非常重要。
二 通用寄存器

ARM 架构中的通用寄存器

在 ARM 架构中，通用寄存器是一组用于存储数据、地址和其他信息的寄存器。ARM 架构的不同版本中，通用寄存器的数量和命名有所不同。以下是 ARMv7 和 ARMv8 架构中通用寄存器的详细介绍及实例。
ARMv7 架构

在 ARMv7 架构中，有 16 个通用寄存器，编号从 R0 到 R15。这些寄存器主要用于存储数据、地址以及程序计数器等。

• R0-R14:
  
  
  
  • 这些寄存器可以用于存储数据、地址等。
    
  • 它们在函数调用和数据处理惩罚中非常有用。
    
  • R0 到 R3 通常用于函数调用中的参数传递。
    
  • R4 到 R11 通常用于局部变量或函数内部使用的寄存器。
    
  • R12 通常用作临时寄存器或用于保存跨函数调用的数据。
    
  • R13 通常称为堆栈指针（SP），用于管理堆栈。
    
  • R14 通常称为链接寄存器（LR），用于保存返回地址。
    
  
  
• R15 (PC):
  
  
  
  • R15 通常称为程序计数器（PC），用于存储下一条指令的地址。
    
  
  

ARMv8 架构

在 ARMv8 架构中，通用寄存器的数量增加到了 31 个，编号从 X0 到 X30。此外，还引入了 32 位和 64 位寄存器的区分，分别称为 X 寄存器和 W 寄存器。

• X0-X29:
  
  
  
  • 这些寄存器可以用于存储数据、地址等。
    
  • 它们在函数调用和数据处理惩罚中非常有用。
    
  • X0 到 X3 通常用于函数调用中的参数传递。
    
  • X4 到 X29 通常用于局部变量或函数内部使用的寄存器。
    
  • X30 通常称为链接寄存器（LR），用于保存返回地址。
    
  • X31 通常称为堆栈指针（SP），用于管理堆栈。
    
  
  
• W0-W29:
  
  
  
  • 这些寄存器是 X0 到 X29 的低 32 位版本，用于兼容 32 位应用。
    
  
  

实例

ARMv7 架构

asm
深色版本

1. 1// ARMv7 架构示例
2. 2// 假设 a1 寄存器中存储了一个地址，该地址指向一个整数
3. 3// 我们将从该地址读取整数，并将其存储到 a0 寄存器中
4. 4
5. 5LDR R0, [R1]    @ 从 a1 指向的地址读取整数到 a0

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ARMv8 架构

asm
深色版本

1. 1// ARMv8 架构示例
2. 2// 假设 x1 寄存器中存储了一个地址，该地址指向一个整数
3. 3// 我们将从该地址读取整数，并将其存储到 x0 寄存器中
4. 4
5. 5LDR X0, [X1]    @ 从 x1 指向的地址读取整数到 x0

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三 状态寄存器

ARM 架构中的状态寄存器

在 ARM 架构中，状态寄存器用于存储 CPU 的状态信息，如条件码标志位、中断使能状态等。这些寄存器对于控制 CPU 的行为非常重要。以下是 ARM 架构中主要的状态寄存器及其详细介绍：
状态寄存器

• Program Status Register (PSR):
  
  
  
  • PSR 是 ARM 架构中的一个重要的状态寄存器，包含了多个子寄存器，用于存储 CPU 的状态信息。
    
  • PSR 包罗：
    
    
    
    • Application Program Status Register (APSR): 用于存储条件码标志位（如 N、Z、C、V 等）。
      
    • Implementation-defined Program Status Register (IPSR): 用于指示当前正在处理惩罚的中断。
      
    • Program Status Register (EPSR): 用于存储控制位，如中断使能位。
      
    
    
  
  

详细分析

• Application Program Status Register (APSR):
  
  
  
  • APSR 用于存储条件码标志位，这些标志位用于条件分支指令和算术运算指令。
    
  • APSR 中的主要标志位包罗：
    
    
    
    • N (Negative): 如果最近的算术运算结果的最高位为 1，则置位。
      
    • Z (Zero): 如果最近的算术运算结果为 0，则置位。
      
    • C (Carry): 如果最近的算术运算产生了进位，则置位。
      
    • V (Overflow): 如果最近的算术运算产生了溢出，则置位。
      
    
    
  
  
• Implementation-defined Program Status Register (IPSR):
  
  
  
  • IPSR 用于指示当前正在处理惩罚的中断。
    
  • 当 CPU 正在处理惩罚中断时，IPSR 中包含了中断的编号。
    
  • 当没有正在处理惩罚的中断时，IPSR 的值为 0。
    
  
  
• Program Status Register (EPSR):
  
  
  
  • EPSR 用于存储控制位，如中断使能位。
    
  • EPSR 中的主要位包罗：
    
    
    
    • I (Interrupt Disable): 如果置位，则禁用所有中断。
      
    • F (Fast Interrupt Disable): 如果置位，则禁用快速中断。
      
    
    
  
  

实例

ARMv7 架构

asm
深色版本

1. 1// ARMv7 架构示例
2. 2// 假设需要判断一个算术运算的结果是否为零
3. 3
4. 4// 执行一个算术运算，比如将 R0 和 R1 相加
5. 5ADD R0, R0, R1
6. 6
7. 7// 判断 R0 是否为零
8. 8// 如果 Z 标志位被置位，则 R0 为零
9. 9// 如果 Z 标志位未被置位，则 R0 不为零
10. 10CMP R0, #0
11. 11BEQ .zero  ; 如果 Z 标志位被置位，则跳转到 .zero 标签
12. 12
13. 13// R0 不为零
14. 14B .not_zero
15. 15
16. 16.zero:
17. 17// R0 为零的情况
18. 18...
19. 19
20. 20.not_zero:
21. 21// R0 不为零的情况
22. 22...

复制代码

ARMv8 枩构

asm
深色版本

1. 1// ARMv8 构架示例
2. 2// 假设需要判断一个算术运算的结果是否为零
3. 3
4. 4// 执行一个算术运算，比如将 X0 和 X1 相加
5. 5ADD X0, X0, X1
6. 6
7. 7// 判断 X0 是否为零
8. 8// 如果 Z 标志位被置位，则 X0 为零
9. 9// 如果 Z 标志位未被置位，则 X0 不为零
10. 10CMP X0, #0
11. 11BEQ .zero  ; 如果 Z 标志位被置位，则跳转到 .zero 标签
12. 12
13. 13// X0 不为零
14. 14B .not_zero
15. 15
16. 16.zero:
17. 17// X0 为零的情况
18. 18...
19. 19
20. 20.not_zero:
21. 21// X0 不为零的情况
22. 22...

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四 特别用途寄存器

ARM 架构下的特别用途寄存器

在 ARM 架构中，有一些特别用途的寄存器，如堆栈指针（SP）、链接寄存器（LR）、程序计数器（PC）以及体系寄存器（SYSREG）。这些寄存器对于控制和管理 CPU 的行为至关重要。下面是这些寄存器的详细介绍及使用实例：
堆栈指针 (SP)

• 用途:
  
  
  
  • SP 用于指示当前堆栈的顶部位置。
    
  • 在函数调用期间，参数、局部变量以及返回地址都会被压入堆栈。
    
  • SP 的值会随着堆栈操作的变革而更新。
    
  
  
• 实例:
  

asm
深色版本

1. 1// ARMv7 架构示例
2. 2// 假设需要保存当前堆栈指针的值
3. 3// 然后修改 SP，最后恢复 SP 的值
4. 4
5. 5// 保存当前堆栈指针的值到 R1
6. 6MOV R1, SP
7. 7
8. 8// 修改 SP，例如向下移动 4 个字节
9. 9SUB SP, SP, #4
10. 10
11. 11// 执行一些操作
12. 12...
13. 13
14. 14// 恢复 SP 的原始值
15. 15MOV SP, R1

复制代码

链接寄存器 (LR)

• 用途:
  
  
  
  • LR 通常用于保存函数调用的返回地址。
    
  • 在函数调用期间，返回地址会被自动保存到 LR。
    
  • 当函数返回时，通常通过 LR 来规复程序实行的流程。
    
  
  
• 实例:
  

asm
深色版本

1. 1// ARMv7 架构示例
2. 2// 假设需要调用一个函数并返回
3. 3
4. 4// 保存 LR 到 R1
5. 5STR LR, [R1]
6. 6
7. 7// 调用函数
8. 8BL my_function
9. 9
10. 10// 返回后，从 R1 恢复 LR 的值
11. 11LDR LR, [R1]

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程序计数器 (PC)

• 用途:
  
  
  
  • PC 用于存储下一条指令的地址。
    
  • 在正常实行过程中，每条指令实行完毕后，PC 会自动更新到下一条指令的地址。
    
  • 条件分支指令和函数调用也会修改 PC 的值。
    
  
  
• 实例:
  

asm
深色版本

1. 1// ARMv7 架构示例
2. 2// 假设需要跳转到一个特定的地址
3. 3
4. 4// 将目标地址加载到 R1
5. 5LDR R1, =target_address
6. 6
7. 7// 将 R1 的值复制到 PC
8. 8MOV PC, R1

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体系寄存器 (SYSREG)

• 用途:
  
  
  
  • SYSREG 用于控制和监视 CPU 的各种特性。
    
  • 这些寄存器可以用于控制中断、缓存、调试等功能。
    
  • 例如，控制中断使能的寄存器是 CTR_ELx，控制缓存的寄存器是 DC_CSW_ELx。
    
  
  
• 实例:
  

asm
深色版本

1. 1// ARMv8 构架示例
2. 2// 假设需要禁用中断
3. 3
4. 4// 禁用中断
5. 5MSR DAIFClr, #0x10  ; 设置 I 位为 1，禁用中断
6. 6
7. 7// 执行一些不受中断影响的操作
8. 8...
9. 9
10. 10// 恢复中断
11. 11MSR DAIFClr, #0x00  ; 清除 I 位，恢复中断

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