ARM通用寄存器及狀態寄存器詳解
ARM通用寄存器
對于處理器來說，寄存器可以作為暫存器，存儲臨時結果，也可以作為輸入數據，方便運算，也可以作為一種索引，去訪問存儲器，其作用各種各樣。
CortexM3/M4
CortexM3/M4是比較常用的ARM架構，很多廠商都采用了這樣的架構，比如ST公司的stm32，廣受大家歡迎，還有NXP的MK60芯片，一直在飛思卡爾比賽中很受歡迎，還有國產兆易創新的GD32，亞特力的AT32，國民技術的N32系列。
其在嵌入式領域非常受歡迎，相對方便上手，功能齊全，滿足一般的對MCU的需求。
其寄存器模型如下：
通用目的寄存器R0-R7
，低組寄存器，32bit，16位thumb以及32位的thumb-2指令均可以訪問
可以看到R0、R1、R2三個作為參數傳遞進入。
后面R0作為結果傳出進行比較。
傳入參數是數組，為什么不直接傳地址（LDR），而是通過DCD指令來傳遞呢？
這是因為LDR取地址的范圍有限，LDR Rn，#立即數地址，該地址只是是小范圍（4KB?），所以可以看到DCD的地址就在不遠處（6A92 - 6D48相差不遠），而存儲器的地址則在2000000范圍，與其地址相差較大，從圖二來看 DCD后的地址，其實是通過DCD的地址先尋址，尋址后再作為地址，繼續尋址。
R0-R3一般作為參數傳遞，如果參數再多，則通過壓棧的方式傳遞
R0、R1還會作為返回值進行傳遞，如果是32位則是R0,64位則會用R0-R1
通用目的寄存器R8-R12
,高組寄存器，32bit，較少的16位thumb指令可以訪問，一般是 thumb-2指令訪問。
R11一般用作FP指針，保存棧幀（在加上編譯選項時 ，見上篇文章，下文SP、LR同理ARM開發中幾個常見的寄存器詳解。
棧指針R13（SP） 指示當前棧所指位置。
鏈接寄存器R14（LR） 保存程序返回地址。
程序計數器R15（PC）
程序運行的當前位置。
下圖一PC作為基址地址，然后去訪問存儲器，0x4079a1c+480 =0x4079c04
下圖二直接將0x4079c04 作為地址給r0
指令對齊半字或者字地址，最低位為0
特殊跳轉指令，需要將PC 最低位表示Thumb狀態，否則會觸發異常。
PC有時候會作為基址寄存器，然后加地址偏移去訪問數據
CortexR5
Cortex R系列繼承了ARM7架構下的系統模型，有多組工作模式，每個模式都有自己的地址空間（堆棧地址SP)
CortexR5 屬于ARMv7指令集。
與CortexM3/4一致，其R0-R7 以及R8-R12的作用
user模式和sys模式共用一套寄存器，即共享
user/sys、FIQ、SVC、ABT、IRQ以及UND模式 下，LR、SP、SPSR均是獨立，切換CPSR 模式之后，SP、LR及SPSR自動切換成相應模式下的寄存器值
FIQ 之所以被稱之快速中斷，是因為有獨立的R8-R12寄存器，不需要壓棧 ，直接使用，
SPSR是保存上一個模式的CPSR。
ARMv7的一般AR系列的寄存器模型和上述的基本相同，有一些新的擴展，
增加了Hyp模式以及Mon模式，分別用于虛擬擴展以及安全擴展，
Hyp模式下的LR為ELR，記錄異常時的返回地址，其他均一致。
CortexA53
r0-r7 用來做參數傳遞或者發返回結果。
r8 間接的結果位置寄存器
r9-r15 暫存器 保存臨時結果
r16-r17 動態鏈接（系統并不是所有地址都可以跳轉）（鏈接器內部插入代碼）所需要的寄存器
r18 the Platform ABI專用的寄存器 來保存內部程序狀態（為了平臺通用性 避免使用）
r19-r28 被調用者保存的寄存器（相對來說還有調用者保存寄存器 在CortexM3/4就有很好體現）
r29 FP寄存器，需要加編譯選項
r30 鏈接寄存器
SP 棧指針，
PC 程序寄存器，
可以看到程序調用時，函數類型為9個參數，匯編代碼x0-x7作為參數傳遞進去，最后一個參數，壓棧進行傳遞，str x9,[SP] 。還用到了 blr 通過寄存器去進行鏈接跳轉 最后通過b 跳轉返回。
狀態寄存器
寄存器通常是CPSR（Current Program state register），用來表示當前程序運行的狀態、模式、運算結果狀態、中斷狀態等。，比如下面這個CPSR寄存器模型。
標志位域
說明解釋：表示程序的運行結果的狀態，可以用來跳轉，例如：結果是否為0，結果是否有進位，結果是否溢出，結果是否為負數等等。
符號有NCVZ，分別是負數（Negative）、進位（Carry）、溢出（Overflow）、為0（Zero）標志。
衍生出許多跳轉指令，近范圍或者函數范圍內跳轉，比如以下這些指令
BEQ、BNE 通過判斷Z==1，BEQ為相等則跳轉，比如CMP X0，X1 BEQ
BCS、BCC通過判斷C==1，BCS為大于等于則跳轉，BCC為小于則跳轉
BMI、MBL 通過判斷N==1，BMI 為負數則跳轉，BPL為整數則跳轉
BVS、BVC 通過判斷V==1，溢出則跳轉，BVC為非溢出則跳轉
BHI、BLS通過判斷C == 1 and Z == 0 意思就是大于則跳轉，
BGE、BLT 通過判斷N == 1 and V == 1，或者 N == 0 and V == 0 有符號數大于等于
BGT、BLE 通過判斷Z=0, N == 1 and V == 1 或者 Z=0 N == 0 and V == 0 有符號數大于
相關數字運算對標志位的影響。
異常中斷控制域
比如常見的DAIF 中斷屏蔽位，分別為：
處理器狀態debug中斷 屏蔽位：查看點、斷點以及系統單步運行
系統錯誤中斷屏蔽位（通常是異步的錯誤）
普通中斷屏蔽位
快速中斷屏蔽位
常見的中斷控制域如上圖所示，
CortexM3/4 單獨存在一個寄存器primask，可以屏蔽中斷，只有普通中斷，沒有快速中斷（支持嵌套，所以快速與否感覺關系不大，同時進入中斷后，硬件自動壓棧相關寄存器，也提高了中斷速度），在cpsr中沒有中斷屏蔽相關，
CortexR5以及A53系列中均有這樣的中斷控制域，可以訪問臨界資源時屏蔽中斷，
模式控制域
CPSR的低五位為模式控制位，控制當前CPU為何種模式，設置各種模式則是為了處理異常以及分層管理，低級無法訪問特定資源，而特權模式則可以進行資源上的操作。
通過寫CPSR的低五位，可以控制系統處于何種模式。
通過讀CPSR的第五位 也可以知道當前處于何種模式，判斷程序發生了什么故障。
| mode | description | restriction |
|---|---|---|
| User Mode | 運行用戶程序，非特權模式 ，無法處理異常，除非異常，否則無法改變當前模式 | 對系統資源的訪問進行限制（外設以及memory） |
| SVC Mode | 用于系統管理，比如系統下的資源訪問，以及OS的調度管理，可以通過軟件觸發，特權模式 ，執行SVC指令可以進入到本異常，復位之后進入該模式 ，（正常行為，軟件觸發到） | |
| system Mode | 與用戶模式共享所有寄存器，特權模式，不能通過異常進入，（正常行為，軟件觸發） | |
| Abort Mode | Data Abort或者Prefetch Abort，前者是數據訪問出錯，后面是取指令錯誤，特權模式，（異常行為，硬件檢測到） | |
| Undefined Mode | 指令相關的異常處理，例如執行到未定義的指令，特權模式，(異常行為，硬件檢測到） | |
| FIQ Mode | 特權模式，處理快速中斷，（正常行為，硬件觸發到） | |
| IRQ Mode | 特權模式，處理普通終端，（正常行為，硬件觸發到） |
指令選擇域
| T Value | 指令集 | 描述 |
|---|---|---|
| 0 | ARM指令集 | 32位DWORD對齊的指令 |
| 1 | Thumb指令集 | 部分為16位半字（half word）對齊的指令，增加代碼密度，減少Image size |
| X | 關聯 | 兩種指令集可以混合使用，通過狀態來表征，比如通過bx 、blx可以切換指令集 |
大小端控制域
| endian state value | 模式 | 描述 | 設置指令 |
|---|---|---|---|
| 0 | 小端模式 | memory 低字節在低位 | SETEND LE |
| 1 | 大端模式 | memory 低字節在高位 | SETEND BE |
執行狀態控制域
一些控制系統狀態的標志位，比如ARMv8-A系列
| 標志屬性 | 描述 | HTML |
|---|---|---|
| SP_ELx | Stack pointer register selected,' | 比如SP_EL0 或者SP_EL3 |
| EL | "異常等級" | “EL0、EL1、EL2以及EL3” |
| SS | 軟件單步控制 | for debugger make PE single-step instruction |
審核編輯：湯梓紅
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原文標題：ARM通用寄存器及狀態寄存器詳解
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