ARMv8 x0到x30 功能解释

在ARMv8架构中，通用寄存器x0-x30（64位）或w0-w30（32位）用于数据操作和函数调用，但部分寄存器在硬件或软件层面被赋予了特殊作用。以下是它们的详细分类和约定用途：

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1. 通用寄存器（无特殊约定）
• x0-x7

• 作用：函数参数传递和返回值。

• 约定：

◦ `x0`：第一个参数，也用于函数返回值。  

◦ `x1-x7`：第2到第8个参数（超出部分通过栈传递）。  

◦ 函数返回时，`x0`保存返回值，`x1`可能用于第二个返回值（如64位除法的高位）。  

• 示例：

```asm
mov x0, #42      ; 参数传递
bl  my_function  ; 调用函数，返回值存回x0
```

• x8-x15

• 作用：临时寄存器（调用者保存）。

• 约定：函数内部可自由使用，但若需保留值，调用者必须在调用前保存。

• 示例：

```asm
str x8, [sp, #-16]!  ; 调用者保存x8
bl  other_function
ldr x8, [sp], #16    ; 恢复x8
```

• x16-x17（IP0/IP1）

• 作用：内部过程调用临时寄存器（Intra-Procedure-call）。

• 约定：链接器或PLT（过程链接表）可能使用，避免在函数间调用时使用。

• x18

• 作用：平台保留寄存器。

• 约定：某些操作系统（如Linux）用于存储当前线程的TLS（线程本地存储）指针。

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2. 特殊用途寄存器
• x19-x28

• 作用：被调用者保存寄存器（Callee-saved）。

• 约定：若函数修改这些寄存器，必须保存原始值并在返回前恢复。

• 示例：

```asm
my_function:
    stp x19, x20, [sp, #-16]!  ; 保存x19-x20
    mov x19, #100              ; 使用x19
    ldp x19, x20, [sp], #16    ; 恢复
    ret
```

• x29（FP, Frame Pointer）

• 作用：帧指针，指向当前栈帧的基地址。

• 约定：用于调试和栈回溯（如GCC的-fno-omit-frame-pointer）。

• 示例：

```asm
func:
    stp x29, x30, [sp, #-16]!  ; 保存FP和LR
    mov x29, sp                ; 设置新帧指针
    ...
    ldp x29, x30, [sp], #16    ; 恢复
    ret
```

• x30（LR, Link Register）

• 作用：保存函数返回地址。

• 约定：BL指令将返回地址存入LR，RET指令从LR跳转。

• 示例：

```asm
bl  my_function  ; 下一条指令地址存入LR
ret              ; 等价于 `br lr`
```

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3. 零寄存器（xzr/wzr）
• 作用：硬编码为0的只读寄存器。

• 用途：清零操作或比较。

• 示例：

cmp x0, xzr     ; 检查x0是否为0
mov x1, xzr     ; x1 = 0

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4. 寄存器在函数调用中的角色

寄存器	角色	保存责任
x0-x7	参数/返回值	调用者无需保存
x8-x15	临时寄存器	调用者保存
x19-x28	被调用者保存寄存器	被调用者保存
x29	帧指针（FP）	被调用者保存
x30	返回地址（LR）	被调用者保存

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5. 典型场景示例
场景1：函数调用

; 调用者代码
mov x0, #1          ; 第一个参数
mov x1, #2          ; 第二个参数
bl  add_numbers     ; 调用函数
; x0现在保存返回值

add_numbers:        ; 被调用者
    add x0, x0, x1  ; x0 = x0 + x1
    ret             ; 返回到LR地址

场景2：保存临时寄存器

caller:
    str x8, [sp, #-16]!  ; 调用者保存x8
    bl  callee
    ldr x8, [sp], #16    ; 恢复x8
    ret

callee:
    mov x8, #100        ; 修改x8
    ret

场景3：帧指针使用

func:
    stp x29, x30, [sp, #-16]!  ; 保存FP和LR
    mov x29, sp                ; 设置新帧指针
    ...
    ldp x29, x30, [sp], #16    ; 恢复
    ret

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总结
• x0-x7：参数传递和返回值（易失性）。

• x8-x15：临时寄存器，调用者需保存。

• x19-x28：需被调用者保存的寄存器。

• x29（FP）：栈帧跟踪，调试关键。

• x30（LR）：函数返回地址。

理解这些约定对编写正确的汇编代码和调试至关重要！