ARM微处理器的编程模型之：ARM寄存器组织

作者：时间：2013-09-13 来源：网络收藏

本文引用地址：//m.amcfsurvey.com/article/257086.htm

1．未分组寄存器

未分组寄存器包括r0～r7。顾名思义，在所有处理器模式下对于每一个未分组寄存器来说，指的都是同一个物理寄存器。未分组寄存器没有被系统用于特殊的用途，任何可采用通用寄存器的应用场合都可以使用未分组寄存器。但由于其通用性，在异常中断所引起的处理器模式切换时，其使用的是相同的物理寄存器，所以也就很容易使寄存器中的数据被破坏。

2. 分组寄存器

r8～r14是分组寄存器，它们每一个访问的物理寄存器取决于当前的处理器模式。

对于这些分组寄存器r8～r12来说，每个寄存器对应两个不同的物理寄存器。一组用于除FIQ模式外的所有处理器模式，而另一组则专门用于FIQ模式。这样的结构设计有利于加快FIQ的处理速度。不同模式下寄存器的使用，要使用寄存器名后缀加以区分，例如，当使用FIQ模式下的寄存器时，寄存器r8和寄存器r9分别记做r8_fiq, r9_fiq；当使用用户模式下的寄存器时，寄存器r8和r9分别记做r8_usr, r9_usr等。在ARM体系结构中，r8～r12没有任何指定的其他的用途，所以当FIQ中断到达时，不用保存这些通用寄存器，也就是说FIQ处理程序可以不必执行保存和恢复中断现场的指令，从而可以使中断处理过程非常迅速。所以FIQ模式常被用来处理一些时间紧急的任务，如DMA处理。

对于分组寄存器r13和r14来说，每个寄存器对应6个不同的物理寄存器。其中的一个是用户模式和系统模式公用的，而另外5个分别用于5种异常模式。访问时需要指定它们的模式。名字形式如下：

· r13_mode>

· r14_mode>

其中mode>可以是以下几种模式之一：usr、svc、abt、und、irp及fiq。

r13寄存器在ARM中常用作堆栈指针，称为SP。当然，这只是一种习惯用法，并没有任何指令强制性的使用r13作为堆栈指针，用户完全可以使用其他寄存器作为堆栈指针。而在Thumb指令集中，有一些指令强制性的将r13作为堆栈指针，如堆栈操作指令。

每一种异常模式拥有自己的r13。异常处理程序负责初始化自己的r13，使其指向该异常模式专用的栈地址。在异常处理程序入口处，将用到的其他寄存器的值保存在堆栈中，返回时，重新将这些值加载到寄存器。通过这种保护程序现场的方法，异常不会破坏被其中断的程序现场。

寄存器r14又被称为连接寄存器（Link Register，LR），在ARM体系结构中具有下面两种特殊的作用。

（1）每一种处理器模式用自己的r14存放当前子程序的返回地址。当通过BL或BLX指令调用子程序时，r14被设置成该子程序的返回地址。在子程序返回时，把r14的值复制到程序计数器PC。典型的做法是使用下列两种方法之一。

· 执行下面任何一条指令。

MOV PC, LR

BX LR

· 在子程序入口处使用下面的指令将PC保存到堆栈中。

STMFD SP!, {register>,LR}

在子程序返回时，使用如下相应的配套指令返回。

LDMFD SP!, {register>,PC}

（2）当异常中断发生时，该异常模式特定的物理寄存器r14被设置成该异常模式的返回地址，对于有些模式r14的值可能与返回地址有一个常数的偏移量（如数据异常使用SUB PC, LR,#8返回）。具体的返回方式与上面的子程序返回方式基本相同，但使用的指令稍微有些不同，以保证当异常出现时正在执行的程序的状态被完整保存。

R14也可以被用作通用寄存器使用。

注意

当嵌套中断被允许时（即异常可重入），r13和r14的使用要特别小心。例如，在用户模式下一个IRQ中断发生，这时两种模式分别使用不同的r13和r14，换句话讲，用户模式使用r13_usr和r14_usr，而IRQ模式使用r13_irq和r14_irq，这样不会造成寄存器使用冲突。但是，当程序运行在IRQ模式下，又有IRQ中断进入，此时，第二级中断使用r13_irq和r14_irq，冲掉了第一级IRQ的堆栈指针和返回地址，导致程序异常。

解决办法是在第二级中断发生前，将第一级中断用到的寄存器压栈。