ARM架构寄存器与指令详解-优快云博客

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寄存器

普通寄存

R0-R15为普通寄存器,特别要提出来的是R13、R14、R15。

R15 别名PC（program counter），中文称为程序计数器，它的值是当前正在执行的指令在内存中的位置（不考虑流水线的影响，参见“流水线对PC值的影响”），而当指令执行结束后，CPU硬件会自动将PC的值加上一个单位，从而使得PC的值为下一条即将执行的指令在内存中的位置，这样CPU硬件就可以根据PC的值自动完成取指的操作。正是由于有PC的存在，以及CPU硬件会自动增加PC的值，并根据PC的值完成取指操作，才使得CPU一旦上电就永不停歇地运转，由此可见PC寄存器对于计算机的重要性。对于我们进行汇编程序编写而言，PC寄存器亦是十分重要，因为当程序员通过汇编指令完成了对PC寄存器的赋值操作的时候，其实就是完成了一次无条件跳转，这一点非常重要，请务必要牢记。

R14别名LR（linked register），中文称为链接寄存器，它与子程序调用密切相关，用于存放子程序的返回地址，它是ARM程序实现子程序调用的关键所在。

状态寄存器CPSR与SPSR

1.CPSR

（1）条件代码标志位。它们是ARM指令条件执行的依据。

N：运算结果的最高位反映在该标志位。对于有符号二进制补码，结果为负数时N=1，结果为正数或零时N=0；

Z：指令结果为0时Z=1（通常表示比较结果“相等”），否则Z=0；

C：当进行加法运算(包括CMN指令)，并且最高位产生进位时C=1，否则C=0。当进行减法运算(包括CMP 指令)，并且最高位产生借位时C=0，否则C=1。对于结合移位操作的非加法/减法指令，C为从最高位最后移出的值，其它指令C通常不变。

V：当进行加/减法运算，并且发生有符号溢出时V=1，否则V=0，其它指令V通常不变

（2）控制位。它们将控制ＣＰＵ是否响应中断。

I：中断禁止位，当I位置位时，IRQ中断被禁止。

F：快中断禁止位，当F位置位时，FIQ中断被禁止。

T：反映了CPU当前的状态。当T位置位时，处理器正在Thumb状态下运行；当T位清零时，处理器正在ARM状态下运行。

（3）模式位

包括M4、M3、M2、M1和M0，这些位决定了处理器的模式。

总共有７种模式：用户、快中断、中断、管理、中止、未定义、系统，分别会用于不同的情况和异常。由此可见，不是所有模式位的组合都定义了有效的处理器模式，如果使用了错误的设置，将引起一个无法恢复的错误。

2. SPSR（saved program status register）

中文名称：保存的程序状态寄存器

该寄存器的结构与CPSR完全一样，在异常发生时（关于异常，请参见“ARM处理器模式与异常初步”），由硬件自动将异常发生前的CPSR的值存放到SPSR中，以便将来在异常处理结束后，程序能恢复原来CPSR的值。

指令

1. 单寄存器加载指令。主要有

加载字指令：LDR r0, [r1]，将内存中的一个字（4个字节）加载到寄存器r0中

加载字节指令：LDRB r0, [r1]，将内存中的一个字节加载到寄存器r0中

有符号数加载字节指令：LDRSB r0, [r1]，这条指令与上一条指令的不同之处在于，由于加载的是一个字节，而不是一个字，所以需要确定寄存器r0的高24bit是什么。对于上一条指令，r0的高24bit补0，而本条指令，r0的高24bit补符号位，也就是补r0的bit7

2. 单寄存器存储指令。主要有

存储字指令：STR r0, [r1]，将r0中的值存储到内存的4个字节中

存储字节指令：STRB r0, [r1]，将r0的低8bit存储到内存的1个字节中

3. 分支指令，共3条：B、BL、BX

B label ：跳转到标号label处，也就是说在该条b指令执行后，下一条执行的指令是标号label处的指令。

BL label ：与B指令的功能相同，也实现跳转，不同之处在于，bl在跳转的同时还要将返回地址（bl指令的下一条指令的地址）保存到lr中

BX r0 ：将r0的值作为地址，跳转到该地址处，并根据r0的值决定是否在ARM和thumb态之间进行切换。

特别说明：

B和BL指令，其跳转范围限制在当前指令的±32M字节地址内(ARM指令为字对齐，最低2位地址固定为0)。

4. 数据处理指令

MOV r0, r1：将r1的值赋给r0

ADD（SUB） r0, r1, r2：将r1的值加上（减去）r2的值，结果存放到r0中

AND（ORR, EOR） r0, r1, r2：将r1的值与（或、异或）r2的值，结果存放到r0中

CMP r1, r2：比较r1与r2值的大小

特别需要说明的问题：

指令CMP r1，r2，其运行细节是：执行r1 - r2的操作，如果结果为负数，则置位CPSR的N位，清零Z位；结果为0，则清零CPSR的N位，置位Z位；结果为正，则清零CPSR的N位，清零Z位。但r1 - r2的结果并不保存。CMP指令通常用于分支跳转。例如，如下的C程序

int i，j；

if (i = = j) {

i++;

} else {

j++;

}

如果使用汇编语句改写的话，就应该写为：

使用ldr指令将变量i的值放入r0

使用ldr指令将变量j的值放入r1

cmp r0, r1

addeq r0, r0, #1

使用streq指令将r0的值放入变量i中

beq label

add r1, r1, #1

使用str指令将r1的值放入变量j中

label 其它代码

……

其中addeq, streq, beq这几条指令，是add, str, b指令的条件执行版本。讲到这里就不得不讲解一下什么是条件执行了。ARM指令集的所有指令均支持条件执行，条件执行指的是，指令可以根据自己即将被执行时的情况（CPSR的条件代码标志位）决定自身是否被执行。eq表示如果CPSR的Z位为1（对于本程序，实际上就是r0的值与r1的值相等，因为cmp会根据 r0与r1的值设置Z位）的情况下，该指令要执行，否则不执行。

转载于:https://my.oschina.net/phybrain/blog/1557936