arm寄存器与arm汇编杂记

一、arm寄存器

arm总共有37个寄存器，31个通用，6个状态寄存器。但不能同时访问，具体的访问情况视cpu工作情况而定！但在任何时候，通用寄存器R14～R0、程序计数器PC（r15）、一个或两个状态寄存器都是可访问的。

通用寄存器分类：

未分组：R0～R7

分组：R8～R14

程序计数器PC(R15)

 

 

二、arm工作状态

1、usr态

ARM处于用户态模式时，可见的通用寄存器是16个，即R0-R15。外加一个CPSR（Current Program Status Register，当前程序状态寄存器），总共是17个。其中3个有特殊用途：R15――程序计数器PC，R14――程序链接寄存器LR，R13――堆栈 指针SP。

2、ARM有7中运行状态：usr、fiq、irq、sve、abt、und、sys。除用户状态外的6中均为系统状态（特权模式）。当CPU 从用户状态进入系统状态时，或者发生系统状态间的切换时，都需要将CPSR的内容保存起来，以备将来恢复原来的运行状态，所以每个系统状态都有个“保存程 序状态寄存器（Saved Program Status Register）”SPSR。CPSR和SPSR都是32位的，实际上只用了其中的一部分。

三、arm指令

1、每一条arm指令都可以条件执行（条件执行和条件转移的适用场合（条件执行语句最好不要超过3条指令））

2、堆栈寻址

存在四种组合：递增，递减，空，满（D代表Descending，A代表Ascending，F代表Full，E代表Empty）

出入栈规律：

入栈规律：
（1）满堆栈操作先调整SP，然后存入数据。
（2）空堆栈操作先存入数据，然后调整SP。
（3）递增堆栈调整SP时，执行SP=SP+4
（4）递减堆栈调整SP时，执行SP=SP-4

出栈规律正好与入栈相反，也就是入栈的逆操作。
（1）空堆栈操作先调整SP，然后存入数据。
（2）满堆栈操作先存入数据，然后调整SP。
（3）递减堆栈调整SP时，执行SP=SP+4
（4）递增堆栈调整SP时，执行SP=SP-4

例子：

stmfd sp!, {r4-r11, lr}   /*入栈*/
ldmfd sp!, {r4-r11, lr}   /*出栈*/

3、条件转移指令

ARM的转移指令是独特的，最简单最基本的转移指令是b，表示“branch”，例如：b reset

这里“标签”是一段程序的入口，一般是一个函数，或者是汇编程序的一个标签。在基本的操作码b后面加上条件后缀EQ、NE、 GT、LT等等，就成了条件转移指令。由于指令的长度只有32位，编码在指令中的就只能是一个相对于PC当前值的位移，而不可能是个32位的绝对地址。所 以，这是一条“相对转移”指令。如果要做绝对转移，那么就得采用别的手段，例如，可以把转移的目标地址放到寄存器R4中，那么将它传递到PC中就可以完成 转移。
mov pc, r4

     这就变成绝对转移了，但是，b指令不允许以寄存器的内容作为目标地址。

     事实上，子程序调用的返回指令mov pc，lr也是绝对转移。

     ARM处理器中有一条执行指令的流水线，不管是相对转移还是绝对转移，当CPU执行到引起转移时，即引起pc突变的指令时，其后面的几条指令已经被取入了 流水线，甚至已经对指令解码了。程序计数器pc的突变迫使流水线舍弃这些已经在流水线中的指令，使流水线短暂断流，然后从新的地址取指令，并又逐步“灌 满”流水线。在这个过程中，CPU可能会有一个短暂（例如几个时钟周期）的“无所事事”的空隙。在典型的RISC结构中，一般都把转移前的最后一条指令改 放到转移指令后面，或者把转移目标处的第一条指令搬过来放到转移指令后面，称为指令调度。这样，把本来会浪费掉的几个时钟周期利用起来，效率当然提高了， 但是对于代码的阅读、理解以及调试，都有不利的影响。所以常常受到来自CISC阵营的批评和攻击。ARM体系结构的设计者并没有紧跟RISC的潮流，仍然 采用传统的方法，宁可浪费一点效率也要保证程序的简洁，所以不采用指令调度，而只是丢弃已经进入流水线的指令。毕竟，大多数情况下，因此而降低的效率只占 很小的比例。

     相对转移指令b有个变形bl，意为“转移并连接（Branch and Link）”，专门用于子程序调用。执行这条指令时CPU将pc的当前值（指向下一条指令）保存在寄存器lr中，即R14中，同时转向目标地址。这是，要 从子程序返回时，只要把lr的内容写入pc就行了。例如：

bl uHALir_ReadMode
…
uHALir_ReadMode:
mov pc, lr

     这里考虑为什么不像传统的做法那样自动把返回地址保存在堆栈中？原因前面提到过了，RISC的设计原则之一就是尽量少访问内存，而改用寄存器代替，这样可 以有效的提高效率。堆栈是在内存中，把返回的地址放到堆栈意味着访问内存，而寄存器间的访问比访问内存操作要快得多。这样，先通过较快的方法进入到子程 序，如果还需要进一步调用更深层的子程序，则可以到那时再把lr的内容保存（“溅出”）堆栈中，如果不需要访问深层子程序，则可以省去为返回地址而读/写 内存的操作。程序在运行时会形成一颗“子程序调用树”。统计表明，对叶节点，即底层子程序的调用常常占很高的比例，这是因为对底层子程序的调用往往是在循 环中进行的，而且，底层子程序本身往往是很小的，为调用本身很小的底层子程序访问内存两次，所占的比例就不小了。