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天水若清 · 发表于 2017-12-19 08:31:31

v8架构寄存器组织

ARM-v8架构属于64位架构，向下兼容ARM-v7架构。ARM-v8架构支持两种类型的ARM指令集，一种是Aarch64位指令集，一种是Aarch32位指令集。不管是那种类型的指令集，每条指令依然都是字（4字节）对齐。两种类型指令集的本质区别是工作寄存器的位数不同，Aarch32位指令集使用32bit工作寄存器，二Aarch64位指令集使用64bit工作寄存器。

寄存器名称描述

位宽	分类
32-bit	Wn（通用）	WZR（0寄存器）	WSP（堆栈指针）
64-bit	Xn（通用）	XZR（0寄存器）	SP（堆栈指针）

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AArch32重要寄存器

寄存器类型	Bit	描述
R0-R14	32bit	通用寄存器，但是ARM不建议使用有特殊功能的R13，R14，R15当做通用寄存器使用.
SP_x	32bit	通常称R13为堆栈指针，除了User和Sys模式外，其他各种模式下都有对应的SP_x寄存器：x ={ und/svc/abt/irq/fiq/hyp/mon}
LR_x	32bit	称R14为链接寄存器，除了User和Sys模式外，其他各种模式下都有对应的SP_x寄存器：x ={ und/svc/abt/svc/irq/fiq/mon},用于保存程序返回链接信息地址，AArch32环境下，也用于保存异常返回地址，也就说LR和ELR是公用一个，AArch64下是独立的.
ELR_hyp	32bit	Hyp mode下特有的异常链接寄存器，保存异常进入Hyp mode时的异常地址
PC	32bit	通常称R15为程序计算器PC指针，AArch32 中PC指向取指地址，是执行指令地址+8，AArch64中PC读取时指向当前指令地址.
CPSR	32bit	记录当前PE的运行状态数据,CPSR.M[4:0]记录运行模式，AArch64下使用PSTATE代替
APSR	32bit	应用程序状态寄存器，EL0下可以使用APSR访问部分PSTATE值
SPSR_x	32bit	是CPSR的备份，除了User和Sys模式外，其他各种模式下都有对应的SPSR_x寄存器：x ={ und/svc/abt/irq/fiq/hpy/mon}，注意：这些模式只适用于32bit运行环境
HCR	32bit	EL2特有，HCR.{TEG,AMO,IMO,FMO,RW}控制EL0/EL1的异常路由
SCR	32bit	EL3特有，SCR.{EA,IRQ,FIQ,RW}控制EL0/EL1/EL2的异常路由，注意EL3始终不会路由
VBAR	32bit	保存任意异常进入非Hyp mode & 非Monitor mode的跳转向量基地址
HVBAR	32bit	保存任意异常进入Hyp mode的跳转向量基地址
MVBAR	32bit	保存任意异常进入Monitor mode的跳转向量基地址
ESR_ELx	32bit	保存异常进入ELx时的异常综合信息，包含异常类型EC等，可以通过EC值判断异常class
PSTATE		不是一个寄存器，是保存当前PE状态的一组寄存器统称，其中可访问寄存器有：PSTATE.{NZCV,DAIF,CurrentEL,SPSel},属于ARMv8新增内容，主要用于64bit环境下

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A32状态下寄存器组织

• 所谓的banked register 是指一个寄存器在不同模式下有对应不同的寄存器，比如SP，在abort模式下是SP_bat，在Und模式是SP_und,在iqr模式下是SP_irq等，进入各种模式后会自动切换映射到各个模式下对应的寄存器.
• R0-R7是所谓的非banked register，R8-R14是所谓的banked register

4.1.1 T32状态下寄存器组织

A32使用 Rd/Rn编码位宽4位	T32-32bit使用 Rd/Rn编码位宽4位	T32-16bit使用 Rd/Rn编码位宽3位
R0	R0	R0
R1	R1	R1
R2	R2	R2
R3	R3	R3
R4	R4	R4
R5	R5	R5
R6	R6	R6
R7	R7	R7
R8	R8	并不是说T32-16bit下没有R8～R12，而是有限的指令才能访问到,16bit指令的Rd/Rn编码位只有3位，所以Rx范围是R0-R7
R9	R9
R10	R10
R11	R11
R12	R12
SP (R13)	SP (R13)	SP (R13)
LR (R14)	LR (R14) //M	LR (R14) //M
PC (R15)	PC (R15) //P	PC (R15) //P
CPSR	CPSR	CPSR
SPSR	SPSR	SPSR

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AArch64重要寄存器

寄存器类型	Bit	描述
X0-X30	64bit	通用寄存器，如果有需要可以当做32bit使用：WO-W30
LR (X30)	64bit	通常称X30为程序链接寄存器，保存跳转返回信息地址
SP_ELx	64bit	若PSTATE.M[0] ==1，则每个ELx选择SP_ELx，否则选择同一个SP_EL0
ELR_ELx	64bit	异常链接寄存器，保存异常进入ELx的异常地址（x={0,1,2,3}）
PC	64bit	程序计数器，俗称PC指针，总是指向即将要执行的下一条指令
SPSR_ELx	32bit	寄存器，保存进入ELx的PSTATE状态信息
NZCV	32bit	允许访问的符号标志位
DIAF	32bit	中断使能位：D-Debug，I-IRQ，A-SError，F-FIQ ，逻辑0允许
CurrentEL	32bit	记录当前处于哪个Exception level
SPSel	32bit	记录当前使用SP_EL0还是SP_ELx，x= {1,2,3}
HCR_EL2	32bit	HCR_EL2.{TEG,AMO,IMO,FMO,RW}控制EL0/EL1的异常路由逻辑1允许
SCR_EL3	32bit	SCR_EL3.{EA,IRQ,FIQ,RW}控制EL0/EL1/EL2的异常路由逻辑1允许
ESR_ELx	32bit	保存异常进入ELx时的异常综合信息，包含异常类型EC等.
VBAR_ELx	64bit	保存任意异常进入ELx的跳转向量基地址 x={0,1,2,3}
PSTATE		不是一个寄存器，是保存当前PE状态的一组寄存器统称，其中可访问寄存器有：PSTATE.{NZCV,DAIF,CurrentEL,SPSel},属于ARMv8新增内容,64bit下代替CPSR

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64、32位寄存器的映射关系

64-bit	32-bit	64-bit OS Runing AArch32 App	64-bit	32-bit
X0	R0		X20	LR_adt
X1	R1		X21	SP_abt
X2	R2		X22	LR_und
X3	R3		X23	SP_und
X4	R4		X24	R8_fiq
X5	R5		X25	R9_fiq
X6	R6		X26	R10_fiq
X7	R7		X27	R11_fiq
X8	R8_usr		X28	R12_fiq
X9	R9_usr		X29	SP_fiq
X10	R10_usr		X30(LR)	LR_fiq
X11	R11_usr		SCR_EL3	SCR
X12	R12_usr		HCR_EL2	HCR
X13	SP_usr		VBAR_EL1	VBAR
X14	LR_usr		VBAR_EL2	HVBAR
X15	SP_hyp		VBAR_EL3	MVBAR
X16	LR_irq		ESR_EL1	DFSR
X17	SP_irq		ESR_EL2	HSR
X18	LR_svc
X19	SP_svc