37個寄存器
ARM處理器共有37個寄存器,被分為若干個組(BANK),這些寄器包括:
- 31個通用寄存器:包括程序計數器(PC指針),均為32位的寄存器。
- 6個狀態寄存器:用以標識CPU的工作狀態及程序的運行狀態,均為32位,目前只使用了其中的一部分。
7種運行模式
ARM微處理器支持7種運行模式,分別為:
- usr(用戶模式):ARM處理器正常程序執行模式。
- fiq(快速中斷模式):用於高速數據傳輸或通道處理
- irq(外部中斷模式):用於通用的中斷處理
- svc(管理模式):操作系統使用的保護模式
- abt (數據訪問終止模式): 當數據或指令預取終止時進入該模式,可用於虛擬存儲及存儲保護。
- sys(系統模式): 運行具有特權的操作系統任務。
- und(未定義指令中止模式):當未定義的指令執行時進入該模式,可用於支持硬體協處理器的軟體模擬。
ARM微處理器的運行模式可以通過軟體改變,也可以通過外部中斷或異常處理改變。大多數的應用程序運行在用戶模式下,當處理器運行在用戶模式下時,某些被保護的系統資源是不能被訪問的。
除用戶模式以外,其餘的所有6種模式稱之為非用戶模式,或特權模式(Privileged Modes);其中除去用戶模式和系統模式以外的5種又稱為異常模式(Exception Modes),常用於處理中斷或異常,以及需要訪問受保護的系統資源等情況。
ARM處理器在每一種處理器模式下均有一組相應的寄存器與之對應。即在任意一種處理器模式下,可訪問的寄存器包括15個通用寄存器(R0~R14)、一至二個狀態寄存器和程序計數器。在所有的寄存器中,有些是在7種處理器模式下共用的同一個物理寄存器,而有些寄存器則是在不同的處理器模式下有不同的物理寄存器。
Thumb工作狀態
ARM處理器有32位ARM和16位Thumb兩種工作狀態。在32位ARM狀態下執行字對齊的ARM指令,在16位Thumb狀態下執行半字對齊的Thumb指令。
在Thumb狀態下,程序計數器PC(Program Counter)使用位選擇另一個半字。ARM處理器在兩種工作狀態之間可以切換,切換不影響處理器的模式或寄存器的內容。
- 當操作數寄存器的狀態位(位[0])為1時,執行BX指令進入Thumb狀態。如果處理器在Thumb狀態進入異常,則當異常處理(IRQ、FIQ、Undef、Abort和SWI)返回時,自動轉換到Thumb狀態。
- 當操作數寄存器的狀態位(位[0])為0時,執行BX指令進入ARM狀態,處理器進行異常處理(IRQ、FIQ、Reset、Undef、Abort和SWI)。在此情況下,把PC放入異常模式鏈接寄存器中。從異常向量地址開始執行也可以進入ARM狀態。
通用寄存器
ARM處理器的37個寄存器被安排成部分重疊的組,不能在任何模式都可以使用,寄存器的使用與處理器狀態和工作模式有關。每種處理器模式使用不同的寄存器組。其中15個通用寄存器(R0~R14)、1或2個狀態寄存器和程序計數器是通用的。
通用寄存器(R0~R15)可分成不分組寄存器R0~R7、分組寄存器R8~R14和程序計數器R15三類。
不分組寄存器R0~R7
不分組寄存器R0~R7是真正的通用寄存器,可以工作在所有的處理器模式下,沒有隱含的特殊用途。
分組寄存器R8~R14
分組寄存器R8~R14取決於當前的處理器模式,每種模式有專用的分組寄存器用於快速異常處理。
兩組物理寄存器R8~Rl2
寄存器R8~Rl2可分為兩組物理寄存器。一組用於FIQ模式,另一組國用於除FIQ以外的其他模式。第1組訪問R8_fiq~R12_fiq,允許快速中斷處理。第二組訪問R8_usr~R12_usr,寄存器R8~R12沒有任何指定的特殊用途。