ARM 核心SP，LR，PC寄存器
2017-09-21 16:41
nigaopeng
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深入了解ARM的這三個寄存器，對程式設計以及作業系統的移植都有很大的裨益。
1、堆棧指針r13（SP）：每一種異常模式都有其自己獨立的r13，它通常指向異常模式所專用的堆棧，也就是說五種異常模式、非異常模式（使用者模式和系統模式），都有各自獨立的堆棧，用不同的堆棧指針來索引。這樣當ARM進入異常模式的時候，程式就可以把一般通用寄存器壓入堆棧，傳回時再出棧，保證了各種模式下程式的狀态的完整性。
2、連接配接寄存器r14（LR）：每種模式下r14都有自身版組，它有兩個特殊功能。
（1）儲存子程式傳回位址。使用BL或BLX時，跳轉指令自動把傳回位址放入r14中；子程式通過把r14複制到PC來實作傳回，通常用下列指令之一：
MOV PC, LR
BX LR
通常子程式這樣寫，保證了子程式中還可以調用子程式。
stmfd sp!, {lr}
……
ldmfd sp!, {pc}
（2）當異常發生時，異常模式的r14用來儲存異常傳回位址，将r14如棧可以處理嵌套中斷。
3、程式計數器r15（PC）：PC是有讀寫限制的。當沒有超過讀取限制的時候，讀取的值是指令的位址加上8個位元組，由于ARM指令總是以字對齊的，故bit[1:0]總是00。當用str或stm存儲PC的時候，偏移量有可能是8或12等其它值。在V3及以下版本中，寫入bit[1:0]的值将被忽略，而在V4及以上版本寫入r15的bit[1:0]必須為00，否則後果不可預測。
堆棧是一種具有“後進先出”（LIFO---Last In First Out）特殊通路屬性的存儲結構。堆棧一般使用RAM 實體資源作為存儲體，再加上LIFO 通路接口實作。
堆棧的實作方法：
在随機存儲器區劃出一塊區域作為堆棧區，資料可以一個個順序地存入（壓入）到這個區域之中，這個過程稱為‘壓棧’（push ）。通常用一個指針（堆棧指針 SP---Stack Pointer）實作做一次調整，SP 總指向最後一個壓入堆棧的資料所在的資料單元（棧頂）。從堆棧中讀取資料時，按照堆棧 指針指向的堆棧單元讀取堆棧資料，這個過程叫做 ‘彈出’（pop ），每彈出一個資料，SP 即向相反方向做一次調整，如此就實作了後進先出的原則。
堆棧是計算機中廣泛應用的技術，基于堆棧具有的資料進出LIFO特性，常應用于儲存中斷斷點、儲存子程式調用傳回點、儲存CPU現場資料等，也用于程式間傳遞參數。
ARM處理器中通常将寄存器R13作為堆棧指針（SP）。ARM處理器針對不同的模式，共有 6 個堆棧指針（SP），其中使用者模式和系統模式共用一個SP，每種異常模式都有各自專用的R13寄存器（SP）。它們通常指向各模式所對應的專用堆棧，也就是ARM處理器允許使用者程式有六個不同的堆棧空間。這些堆棧指針分别為R13、R13_svc、R13_abt、R13_und、R13_irq、R13_fiq，如表2-3 堆棧指針寄存器所示。
為了更準确地描述堆棧，根據“壓棧”操作時堆棧指針的增減方向，将堆棧區分為‘遞增堆棧’（SP 向大數值方向變化）和‘遞減堆棧’（SP 向小數值方向變化）；又根據SP 指針指向的存儲單元是否含有堆棧資料，又将堆棧區分為‘滿堆棧’（SP 指向單元含有堆棧有效資料）和‘空堆棧’（SP 指向單元不含有堆棧有效資料）。
這樣兩兩組合共有四種堆棧方式——滿遞增、空遞增、滿遞減和空遞減。
ARM處理器的堆棧操作具有非常大的靈活性，對這四種類型的堆棧都支援。
ARM處理器中的R13被用作SP。當不使用堆棧時，R13 也可以用做通用資料寄存器。
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