文章目录

• 寄存器组
• • 1.R0 ~ R12
  • 2.R13
  • 3.R14
  • 4.R15
• 特殊寄存器
• • 程序状态寄存器（xPSR）
  • 中断/异常屏蔽寄存器
  • CONTROL寄存器
• 浮点寄存器
• • 1.S0 ~ S31和D0 ~ D15
  • 浮点状态和控制寄存器（FPSCR）
  • 浮点单元控制寄存器（经存储器映射）

寄存器组

       Cortex-M3和Cortex-M4处理器（ARM架构）用于数据处理与控制的寄存器组中有16个寄存器，其中13个（R0 ~ R12）为通用目的寄存器，另外三个具有特殊用途：

1.R0 ~ R12

       寄存器R0 ~ R12为通用目的寄存器，其中前8个（R0 ~ R7）也被称作低寄存器，由于指令中可用的空间有限，许多16位指令只能访问低寄存器。而其它寄存器（R8 ~ R12）被称为，可用于32位指令和部分16位指令，如MOV。

R0 ~ R12的初始值是未定义的。

2.R13

       R13为栈指针（SP），设置该指针的值后可通过PUSH和POP指令访问栈。

       物理上存在两个栈指针：
       1.主栈指针（MSP，有些ARM文献也称其为SP_main）为默认的栈指针，在复位后或处理器处于处理模式时该指针被处理器选择使用。
       2.进程栈指针（PSP，有些ARM文献也称其为SP_ process），只用于线程模式。

       栈指针的选择由特殊寄存器CONTROL决定。对于一般的程序，这两个寄存器（即MSP和PSP两个寄存器）只有一个可见。
       MSP和PSP都是32位寄存器，但最低两位固定为0。对于 ARM Cortex-M处理器，PUSH和POP指令总是32位的，栈操作的地址也必须对齐到32位的字边界上。

大多情况下，若不需要使用嵌入式OS则没必要使用PSP。许多简单的应用可以完全依赖MSP。一般在用到嵌入式OS时才会使用PSP，此时OS内核同应用任务的栈是相互独立的。PSP的初始值未定义，而MSP的初始值则需要在复位流程中从存储器的第一个字中取出。

3.R14

       R14为链接寄存器（LR），用于保存函数或子程序调用时返回地址。
       在函数或子程序结束时，程序将LR的数值加载至程序计数器（PC）中返回调用程序处并继续执行（也就是跳转回上层函数）。
       当执行了函数或子程序调用后，LR的数值会自动更新。若某函数调用另外一个函数或子程序，则需要将LR的数值保存在栈中，否则，函数执行后，LR的当前值会丢失（函数嵌套必须将对应的上层函数地址保存在栈中）。
       在异常处理期间，LR自动更新为特殊的EXC_RETURN（异常返回）数值，以在异常处理结束时触发异常返回。

4.R15

       R15为程序计数器（PC），可读写寄存器，读操作返回当前指令地址加4（由于设计的流水线特性及同ARM7TDMI处理器兼容的需要）。写操作（例如，使用数据传输/处理指令）产生程序跳转。
       由于指令必须对齐到长度（半字或字），PC的最低位（LSB）为0。但使用部分跳转/读存储器指令更新PC时，需要将PC值的LSB置1表示 Thumb状态，否则就会由于试图使用不支持的ARM指令（如ARM7TDMI中的32位ARM指令）而触发错误异常。高级编程语言（包括C和C+）编译器会自动将跳转目标的LSB置位。
       多数情况下，跳转和调用由专门的指令实现。访问位于程序存储器中的字符数据时，PC的数值非常有用，因此存储器读操作经常将PC作为基地址寄存器，并通过指令中的立即数生成偏移地址。

多数汇编工访问寄存器组中的寄存器时可以使用多种名称。一些汇编工具如ARM汇编(被DS5 Professional和 Keil MDK-ARM支持)可以使用大写、小写或者大小写混合,如下表所示：

特殊寄存器

       特殊寄存器未经过存储器映射,可以使用MSR和MRS等特殊寄存器访问指令来进行访问：

MRS <reg>,<special_reg>    ;将特殊寄存器读入寄存器
MSR <special_reg>,<reg>    ;写入特殊寄存器

       CMSIS-Core（为Cortex-M处理器核和外设定义的应用程序接口API）提供了几个用于访问特殊寄存器的函数。

不要混淆特殊寄存器和其他微控制器架构中的“特殊功能寄存器（SFR）”，SFR一般指的是用于I/O控制的寄存器

程序状态寄存器（xPSR）

       程序状态寄存器包括以下三个状态寄存器：

• 应用PSR（APSR）
• 执行PSR（EPSR）
• 中断PSR（IPSR）

       三个寄存器各个功能位为：

       各个位的作用如下表所示：

注意，APSR和EPSR的一些位域在ARMv6-M架构(如 Cortex-M0)中不可用，且与ARM7TDMI等经典ARM处理器之间存在很大的差异。

       这三个寄存器可以通过一个组合寄存器访问，该寄存器在有些文献中被称作xPSR，ARM汇编器访问xPSR时通过“PSR”访问：

MRS R0, PSR   ;读组合程序状态字
MSR PSR, R0   ;写组合程序状态字

注意，此时组合寄存器为三个寄存器的有效位叠合，如下图所示：

       同时，也可以单独访问某个PSR：

MRS R0, APSR   ;将标志状态读入R0
MRS R0, IPSR   ;读取异常/中断状态
MSR APSR, R0   ;写标志状态

无法使用MRS（读出为0）或MSR直接访问EPSR。
IPSR为只读寄存器。

中断/异常屏蔽寄存器

注意：FAULTMASK和BASEPRI寄存器在ARMv6-M中不存在(如Cortex-M0)。

只有特权状态才可以操作三个寄存器（非特权状态下的写操作会被忽略，读操作返回0）。三个寄存器默认值为0，即屏蔽（禁止异常/中断）不起作用。

       使用MRS/MSR指令访问这三个寄存器，比如：

  MRS    R0, BASEPRI            ;将BASEPRI寄存器的值写入R0
  MSR    BASEPRI, R0            ;将R0的值写入BASEPRI寄存器

       可通过CSP（修改处理器状态）指令快速设置中断/异常的开关：

  CPSID    I    ;PRIMASK=1，关中断
  CPSIE    I    ;PRIMASK=0，开中断
  CPSID    F    ;FAULTMASK=1，关异常    
  CPSIE    F    ;FAULTMASK=0，开异常

CONTROL寄存器

       Cortex-M3、M4及的CONTROL寄存器如下，其中：

• nPRIV在Cortex-M0中不存在，在 Cortex-M0+中可选
• 具有浮点单元的Cortex-M4处理器的CONTROL寄存器中有1位表示当前是否使用浮点单元。
  

       各个位的解释如下：

该寄存器复位后默认为0

只有特权状态才能修改（写操作）CONTROI寄存器。（读操作则不需要特权状态）

       同样的，使用MRS/MSR指令访问该寄存器：

  MRS    R0, CONTROL            ;将CONTROL寄存器的值写入R0
  MSR    CONTROL, R0            ;将R0的值写入CONTROL寄存器

浮点寄存器

1.S0 ~ S31和D0 ~ D15

       S0 ~ S31(S)都为32位寄存器，可通过浮点指令或利用符号D0 ~ D15(D代表双字/双精度)成对访问。
       例如，S0和S1成对组成D0，而S2和S3则成对组成D1。

浮点状态和控制寄存器（FPSCR）

       FPSCR寄存器用于定义浮点运算动作并提供浮点运算结果的状态信息，其位域及各个位的描述如下所示：

上述的6个异常位在浮点异常产生时置位，写0则将其清除

浮点单元控制寄存器（经存储器映射）

       暂略…