1.程序計數(shù)器PC(寄存器 R15)
簡單理解:指向正在取指的地址
詳細解析:處理器要執(zhí)行的程序(指令序列)都是以二進制代碼序列方式預存儲在計算機的存儲器中,處理器將這些代碼逐條地取到處理器中再譯碼、執(zhí)行,以完成整個程序的執(zhí)行(ARM處理器使用流水線來增加處理器指令流的速度,這樣可使幾個操作同時進行,并使處理與存儲器系統(tǒng)之間的操作更加流暢,流水線使用三個階段,因此指令分為三個階段執(zhí)行:1.取指(從存儲器裝載一條指令);2.譯碼(識別將要被執(zhí)行的指令);3.執(zhí)行(處理 指令并將結(jié)果寫回寄存器))。為了保證程序能夠連續(xù)地執(zhí)行下去,CPU必須具有某些手段來確定下一條取指指令的地址。程序計數(shù)器(PC)正是起到這種作用,所以通常又稱之為‘指令計數(shù)器’。CPU總是按照PC的指向?qū)χ噶钚蛄羞M行取指、譯碼和執(zhí)行,也就是說,最終是PC 決定了程序運行流向。故而,程序計數(shù)器(PC )屬于特別功能寄存器范疇,不能自由地用于存儲其他運算數(shù)據(jù).在程序開始執(zhí)行前,將程序指令序列的起始地址,即程序的第一條指令所在的內(nèi)存單元地址送入PC,CPU 按照 PC的指示從內(nèi)存讀取第一條指令(取指)。當執(zhí)行指令時,CPU自動地修改PC 的內(nèi)容,即每執(zhí)行一條指令PC增加一個量,這個量等于指令所含的字節(jié)數(shù)(指令字節(jié)數(shù)),使 PC總是指向下一條將要取指的指令地址。由于大多數(shù)指令都是按順序來執(zhí)行的,所以修改PC 的過程通常只是簡單的對PC 加“指令字節(jié)數(shù)”。當程序轉(zhuǎn)移時,轉(zhuǎn)移指令執(zhí)行的最終結(jié)果就是要改變PC的值,此PC值就是轉(zhuǎn)去的目標地址。處理器總是按照PC指向取指、譯碼、執(zhí)行,以此實現(xiàn)了程序轉(zhuǎn)移。
例:
bx LR
的作用等同于
mov PC,LR
即跳轉(zhuǎn)到lr中存放的地址處。
2.堆棧指針寄存器 SP (寄存器 R13)
ARM處理器中通常將寄存器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),其中用戶模式和系統(tǒng)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處理器允許用戶程序有六個不同的堆棧空間,ARM處理器中的R13被用作SP。當不使用堆棧時,R13 也可以用做通用數(shù)據(jù)寄存器.由于處理器的每種運行模式均有自己獨立的物理寄存器R13,在用戶應用程序的初始化部分,一般都要初始化每種模式下的R13,使其指向該運行模式的??臻g。這樣,當程序的運行進入異常模式時,可以將需要保護的寄存器放入R13所指向的堆棧,而當程序從異常模式返回時,則從對應的堆棧中恢復,采用這種方式可以保證異常發(fā)生后程序的正常執(zhí)行。
3.R14稱為子程序鏈接寄存器LR(Link Register)
當執(zhí)行子程序調(diào)用指令(BL)時,R14可得到R15(程序計數(shù)器PC)的備份.在每一種運行模式下,都可用R14保存子程序的返回地址,當用BL或BLX指令調(diào)用子程序時,將PC的當前值復制給R14,執(zhí)行完子程序后,又將R14的值復制回PC,即可完成子程序的調(diào)用返回。以上的描述可用指令完成。
執(zhí)行以下任意一條指令:
MOV PC,LR
BX LR
在子程序入口處使用以下指令將R14存入堆棧:
STMFD SP!,{,LR}
對應的,使用以下指令可以完成子程序返回:
LDMFD SP!,{,PC}
R14可作為通用寄存器,它有兩個特殊功能:
1,在每種模式下,模式自身的 R14 版本用于保存子程序返回地址;
2,當發(fā)生異常時,將 R14 對應的異常模式版本設置為異常返回地址(有些異常有一個小的固定偏移量)
就用上面所舉的例子:bx LR
的作用等同于
mov PC,LR
即跳轉(zhuǎn)到lr中存放的地址處。
那么LR存放的是什么地址呢?
在ARM體系結(jié)構(gòu)中LR的特殊用途有兩種:一是用來保存子程序返回地址;二是當異常發(fā)生時,LR中保存的值等于異常發(fā)生時PC的值減4(或者減2,對于ARM指令是減4,對于Thumb指令是減2),因此在各種異常模式下可以根據(jù)LR的值返回到異常發(fā)生前的相應位置繼續(xù)執(zhí)行。