Cortex --暫存器組
前言
還是和ARM7做對比進行學習
暫存器的總體區別
由於arm7有七種工作模式，而cortex只有兩種，所以在暫存器方面有很大的區別。
| 使用者模式 | 系統模式 | 管理模式 | 中止模式 | 為定義模式 | IRQ模式 | FIQ模式 | cortex |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| R0 | R0 | R0 | R0 | R0 | R0 | R0 | R0 |
| R1 | R1 | R1 | R1 | R1 | R1 | R1 | R1 |
| R2 | R2 | R2 | R2 | R2 | R2 | R2 | R2 |
| … | … | … | … | … | … | … | |
| R7 | R7 | R7 | R7 | R7 | R7 | R7 | R7 |
| R8 | R8 | R8 | R8 | R8 | R8 | R8_FIQ | R8 |
| … | … | … | … | … | … | …_FIQ | … |
| R12 | R12 | R12 | R12 | R12 | R12 | R12_FIQ | R12 |
| R13(SP) | R13 | R13_SVC | R13_ABT | R13_UND | R13_IRQ | R13_FIQ | R13 |
| R14 (LR) | R14 | R14_SVC | R14_ABT | R14_UND | R14_IRQ | R14_FIQ | R14 |
| R15(PC) | PC | PC | PC | PC | PC | PC | PC |
| CPSR | CPSR | CPSR | CPSR | CPSR | CPSR | CPSR | xPSR |
| SPSR_SVC | SPSR_ABT | SPSR_UND | SPSR_IRQ | SPSR_FIQ | |||
| PRIMASK | |||||||
| FAULTMASK | |||||||
| BASEPRI | |||||||
| CONTROL |
在arm7中，R0–R7的通用暫存器所有模式共用，而R8–R12暫存器中，快中斷模式有自己獨立的暫存器，可以快速處理中斷，而其他模式還是共用暫存器。SP和LR中使用者模式和系統模式共用暫存器，其他模式有獨立暫存器，每個異常模式有自己的SPSR用於儲存之前的cpsr，中斷處理後進行返回。
M3就沒有這麼繁瑣的暫存器，它有R0–R15的通用暫存器，也有CPSR，不過換了個名字xPSR。同時新增了用於控制異常的使能和失能暫存器PRIMASK, FAULTMASK 和 BASEPRI。以及用於定義特權級別，還用於選擇當前使用哪個堆疊指標的控制暫存器CONTROL
程式狀態暫存器
在arm7時代的程式狀態暫存器是這樣的。將整個暫存器劃分為4個域，[31-24]是標誌域，用於判斷計算是否溢位進位為0等。[23-16]是狀態域沒有使用，[15-8]是擴充套件域沒有使用，[7-0]是控制域用於控制中斷的模式。
| 31 | 30 | 29 | 28 | 27 | 26-25 | 24 | 23 16 | 15-8 | 7 | 6 | 5 | 4-0 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| N | Z | C | V | Q | unused | J | unused | unused | I | F | T | MODE |
cortex的程式狀態暫存器xpsr,將整個暫存器分為三個子狀態暫存器（部分位沒有使用）：
應用程式 PSR（APSR）—對應cpsr標誌域[31-27]，（由8位減到5位）
執行 PSR（EPSR）—對應cpsr沒有使用的狀態域和擴充套件域
中斷號 PSR（IPSR）—對應cpsr的控制域[8-0]（增加了1位）
| 31 | 30 | 29 | 28 | 27 | 26-25 | 24 | 23 -16 | 15-10 | 9 | 8-0 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| N | Z | C | V | Q | ICI/IT | T | unused | ICI/IT | 中斷號 |
APSR
N:表示兩個有符號整數運算時,N==1表示運算結果為負數，N=0表示運算結果為正數或者零。
Z:Z=1表示運算結果為0，Z=0表示運算結果不為0
C：無符號加法運算產生進位，則C=1，無符號減法運算產生溢位，則C=0；
V：有符號加減運算產生溢位，則V=1；
Q：飽和條件碼標誌位
IPSR
在arm7中，是通過一個特定的數來表示某個模式，而cortex中，只有兩個模式，所以當IPSR等於0時候，處於執行緒模式時，在手柄模式下，為當前異常的異常號。
EPSR
用來說明是arm指令還是thumb指令，其實也就是控制域的[5]位
T:Thumb狀態， T=1，ARM狀態，T=0；
通用狀態暫存器
由R0到R12暫存器構成，其中R0到R7是低組暫存器。所有指令都能訪問它們，復位後的初始值是不可預料的。R8-R12 被稱為高組暫存器。這是因為只有很少的 16 位 Thumb 指令能訪問它們， thumb-2 指令則不受限制。復位後的初始值也是不可預料的。
中間結果儲存暫存器R12
R12一般用在子程式連線程式碼中使用，作為子程式的中間結果暫存器
堆疊指標暫存器R13（sp）
在 CM3 中有兩個堆疊指標，當引用 R13（時，引用到的是當前正在使用的那一個，另一個必須用特殊的指令來訪問（ MRS,MSR指令）。
主堆疊指標（MSP），或寫作 SP_main。這是預設的堆疊指標，它由 OS 核心、異常服務例程以及所有需要特權訪問的應用程式程式碼來使用。
程序堆疊指標（PSP），或寫作 SP_process。用於常規的應用程式程式碼（不處於異常服用例程中時）。
連線暫存器R14(LR)
當通過BL跳轉到子程式時，R14就被設定成子程式的返回地址，在子程式中把LR的值賦值給pc就可以實現子程式的返回。如 MOV PC,LR 或者 BX LR;
程式計數器R15(PC)
CM3 內部使用了指令流水線，讀 PC 時返回的值是當前指令的地址+4。
異常/中斷遮蔽暫存器組
該暫存器組總共有3個暫存器，只有在特權級下，才允許訪問這 3 個暫存器。
使用MRS/MSR指令訪問這三個暫存器，比如：
MRS R0, BASEPRI ;讀取BASEPRI到R0中
MSR BASEPRI, R0 ;將R0資料寫入到BASEPRI中
PRIMASK暫存器
只有單一位元的暫存器。置為1後，就關掉所有可遮蔽異常，只剩下NMI和硬Fault的異常可以響應。預設值是0，表示沒有關閉中斷。
FAULTMASK暫存器
只有單一位元的暫存器。置為1後，只有NMI異常可以響應。預設值為0，表示沒有關異常。
BASEPRI暫存器
該暫存器最多有9位（由表達優先順序的位數決定）。定義了被遮蔽優先順序的閾值。當它被設定為某個值後，所有優先順序號大於等於此值的中斷都被關。若設定成0，則不關斷任何中斷，0為預設值。
控制暫存器（Control）
CONTROL[1]：
為0表示選擇MSP(主堆疊指標，預設情況)，為1表示選擇PSP（程序堆疊指標）；
當為Handle模式下不允許向該位寫1，也就是在Handle模式下。改為一直為0；僅當處於特權級的執行緒模式下，此位才可寫，其它場合下禁止寫此位。
CONTROL[0]：
為0表示特權級的執行緒模式，為1表示使用者級的執行緒模式，Handler 模式永遠都是特權級的；