ARM体系结构通用寄存器及其特殊作用

1.未分组寄存器

在所有运行模式下，未分组寄存器都指向同一个物理寄存器，它们未被系统用作特殊的用途。因此在中断或异常处理进行工作模式切换时，由于不同的工作模式均使用相同的物理寄存器，因此可能造成寄存器中数据的破坏，需要对数据进行保护。

2.分组寄存器

对于分组寄存器，它们每一次所访问的物理寄存器都与当前处理器的运行模式有关。对于R8～R12来说，每个寄存器对应2个不同的物理寄存器，当使用快速中断模式时，访问寄存器R8＿fiq～R12＿fiq；当使用除快速中断模式以外的其他工作模式时，访问寄存器

R8＿usr～R12＿usr。

对于寄存器R13和R14来说，每个寄存器对应7个不同的物理寄存器，其中一个是用户模式与系统模式共用，另外6个物理寄存器对应其他6种不同的运行模式，并采用以下记号区分不同的物理寄存器，名字形式如下：

（1）R13＿＜mode＞；

（2）R14＿＜mode＞。

其中，＜mode＞可以是以下几种工作模式之一：usr、sys、svc、abt、und、irp、fiq及mon。

除了保存数据，ARM体系结构中习惯将几个寄存器用作其他特殊功能，如下所述：

（1）R13寄存器在ARM处理器中常用作栈指针。当然，这只是一种习惯用法，并没有任何指令强制性地使用R13作为栈指针，用户完全可以使用其他寄存器作为栈指针。而在Thumb指令集中，有一些指令强制性地将R13作为栈指针，如栈操作指令。(www.xing528.com)

由于ARM处理器的每种工作模式均有独立的物理寄存器R13，在用户应用程序的初始化部分，一般都要初始化每种工作模式下的R13，使其指向该工作模式的栈空间。这样，当程序的运行进入异常模式时，可以将需要保护的寄存器放入R13所指向的栈空间，而当程序从异常模式返回时，则从对应的栈中恢复，采用这种方式可以保证异常发生后程序正常执行。

（2）R14寄存器在ARM体系结构中具有两种特殊的作用，每一种ARM处理器工作模式用自己的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，而在子程序返回时，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：

①返回时执行下面任何一条指令：

②在子程序入口处使用下面的指令将PC保存到栈中。

在子程序返回时，使用如下相应的配套指令返回：

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，但使用的指令稍有不同，以保证当异常出现时正在执行的程序的状态被完整保存。另外，R14也可以用作通用寄存器。

3.程序计数器（R15）

寄存器R15用作程序计数器（PC）。在ARM状态下，由于ARM指令是字节对齐的，所以PC的第0位和第1位总为0；在Thumb状态下，PC的第0位为0。R15虽然可以作为一般的通用寄存器使用，但是有一些指令在使用R15时有一些特殊限制。违反这些限制时，该指令执行结果将是不可预料的。

由于ARM体系结构采用流水线机制（以3级流水线为例），PC总是指向“正在取指”的指令，而不是指向“正在执行”的指令或正在“译码”的指令。人们习惯将“正在执行的指令作为参考点”，称之为当前第1条指令，因此PC总是指向第3条指令。在ARM状态下，每条指令为4字节长，所以PC始终指向该指令地址加8字节的地址，即PC值＝当前程序执行位置＋8；