ARM处理器编程模型：寄存器详解

本文主要介绍了ARM微处理器的编程模型，特别是关于寄存器的使用和在不同处理器模式下的行为。 ARM微处理器的编程模型中，寄存器是关键的组成部分，分为不分组寄存器（R0-R7）和分组寄存器（R8-R14）。R0至R7作为不分组寄存器，它们在所有模式下都是通用的，但在异常处理时，由于模式切换可能导致寄存器内容变化，因此需要保护这些寄存器的数据。R8至R14则是分组寄存器，它们在不同的处理器模式下对应不同的物理寄存器，这种设计有利于在特定模式下高效地执行任务。 R14被称为链接寄存器LR，具有双重功能：一是保存子程序返回地址，使得在子程序调用后能够正确返回；二是根据不同的异常模式保存异常返回地址，通常会有一个小的固定偏移量。R15是程序计数器PC，用于指示下一条要执行的指令地址。 寄存器在不同模式下的映射关系如下： - 用户模式：通用寄存器R0-R12和状态寄存器CPSR保持不变。 - 系统模式：状态寄存器更改为SPSR_svc，其他通用寄存器不变。 - 管理模式（也称作svc模式）：R14替换为R14_svc，R13替换为R13_svc，其他通用寄存器不变。 - 中止模式：R14替换为R14_abt，R13替换为R13_abt，其他通用寄存器不变。 - 未定义模式：R14替换为R14_und，R13替换为R13_und，其他通用寄存器不变。 - 中断模式：R14替换为R14_irq，R13替换为R13_irq，其他通用寄存器不变。 - 快中断模式（FIQ）：R14替换为R14_fiq，R8-R12和R13替换为FIQ专用的寄存器，其他通用寄存器不变。 ARM架构的发展历程包括V1到V7多个版本，每个版本都在前一个基础上进行了扩展和优化，例如V2增加了乘法指令和快速中断模式，V3引入了程序状态保存寄存器和更多的处理器模式，V4引入了Thumb指令集和更完善的软件中断功能，V5和V6则进一步增强了性能和多媒体处理能力。 ARM处理器以其高性能、低成本和低能耗的特点受到广泛应用，ARM公司通过技术授权的方式与其他芯片厂商合作，生产出各种具有特色的ARM芯片。其设计理念包括Load/Store体系结构、固定长度的精简指令集以及三地址指令格式，同时摒弃了寄存器窗口、延迟转移和所有指令单周期执行等特性，以提高效率和简化设计。 ARM微处理器的编程模型是基于寄存器的，并且根据不同模式灵活映射，这不仅提高了处理效率，也为异常处理和多模式操作提供了便利。随着版本的迭代，ARM架构不断演进，以满足不断提升的计算需求。