ARM学习之基本概念_寄存器为什么不能使用地址进行访问:-优快云博客

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1. RISC和CISC

CISC是复杂指令集，X86和X64使用的就是复杂指令集
复杂指令集注重指令的功能性，指令的周期和指令的宽度不固定

RISC是精简指令集，RISC是CISC中选取了一些比较常用的简单的指令作为精简指令集，ARM使用的就是精简指令集，但是随着架构的升级，指令也在扩充，现在的精简指令集也很大
RISC的时钟周期和指令宽度是固定的

2. Cortex-A核处理器工作模式

cortex-a核的工作模式.png
总结：不同的工作模式下执行的不同的代码，完成特定的功能。

3. 寄存器

寄存器.png

注意

在c语言中，我们不能一直使用register声明变量，因为寄存器的数量有限。

寄存器是没有地址的，在ARM的汇编指令当中，每条指令的长度是固定的，以ARM-V7架构举例，它的汇编指令是32位的，地址的位数为32位，有的时候在一条指令当中使用到多个寄存器，若寄存器有地址，加上操作码和状态码等，远远超过了指令的长度。

4. ARM-V7的寄存器组织

寄存器分布.png

寄存器2.png

每种工作模式下只能访问自己模式下对应的寄存器，不可以访问其他模式的寄存器。

user和system模式最多可以访问17个寄存器；
FIQ,IRQ,ABT,SVC,UND,MON模式最多可以访问18个寄存器；
HYP模式最多可以访问19个寄存器
每个寄存器都是一个32位的寄存器，寄存器没有地址，访问寄存器通过编号进行访问，

R0-R15,CPSR,SPSR。
编译最终将这些编号编译生成4位的机器码。

寄存器为什么不能使用地址进行访问：
add r0, r0, r1===> 编译生成32位机器码，需要包含add，r0,r1的信息，因此寄存器是不能有地址的。(V7是32位架构)
banked类型的寄存器属于私有的寄存器，
非banked类型的寄存器属于公有的寄存器。
系统模式和用户模式共用一套寄存器组织

如果此工作模式下没有对应的私有的寄存器则访问公有的寄存器。
如果此工作模式下有对应的私有的寄存器，则访问私有的寄存器，不可以访问公有的寄存器。

5. 特殊功能寄存器

5.1 R13—>栈指针寄存器

R13 ----> 别名：SP（the Stacked Pointer : 栈指针寄存器）
作用：用于保存栈顶的地址。

ARM-V7是满减栈：

减栈：入栈的时候地址是减少的，出栈的时候地址是增加的
满栈：栈指针指向栈顶元素

5.2 R14—>链接寄存器

R14---->别名：LR(the Linking Register:链接寄存器)
作用：保存返回地址，主要用于程序返回。

5.3 R15 —> 程序计数寄存器

R15—>别名：PC (the Program counter:程序计数寄存器)
作用：PC寄存器中保存的是取指指令的地址。

5.4 CPSR—> 当前程序状态寄存器

CPSR : Currented Program Statued Register：当前程序状态寄存器
作用：存储的是当前的程序的运行的状态，条件标志{C}就是根据CPSR判断，汇编代码状态位{S}位加不加表示程序的执行结果影不影响状态标志位。

N[31]位
指令的执行结果为负数，N位被自动置1，否则清0.
Z[30]位
指令的执行结果为零，Z位被自动置1，否则清0
C[29]位
加法：产生进位(上溢)，C位被自动置1，否则清0.
减法：产生借位(下溢)，C位被自动清0，否则置1.

32位的处理器，进位：低32位向高32位进位；
			借位：低32位向高32位借位。

V[28]位
符号位发生变化，V位被自动置1，否则清0.

I[7]位：IRQ屏蔽位
I = 0 : 不屏蔽IRQ
I = 1 : 屏蔽IRQ
F[6]位 : FIQ屏蔽位
F = 0 : 不屏蔽FIQ
F = 1 : 屏蔽FIQ
T[5]位 : 状态位
T = 0 : ARM状态，执行ARM指令集
T = 1 : Thumb状态，执行Thumb指令集
M[4:0]位：模式位
10000 User mode;
10001 FIQ mode;
10011 SVC mode;
10111 Abort mode;
11011 Undfined mode;
11111 System mode;
10110 Monitor mode;
10010 IRQ mode;
11010 HYP mode;

6. 指令流水线

ARM7 ---> 3级流水线
ARM9 ---> 5级流水线
ARM11 ---> 7级流水线
Cortex-A9 ---> 13级流水线
Cortex-A53 ---> 8级流水线
ARM处理器 引入流水线的目录就是为了提高指令的执行效率

取指器：根据PC寄存器中的值，完成取指令的操作
译码器：翻译指令的功能，给大对应的执行器。
执行器：执行指令并将执行的结果写回到寄存器。
以上三个器件都是相互独立的器件，工作互补干扰，都属于单周期的器件。
流水线.png
8个时钟周期，执行完成了6条指令：
指令的周期 = 8 / 6 ≈ 1T
以上指令的流水线是一个理想的指令流水线，异常或者跳转都会打断指令的流水线。