2021年12月22日 | ARMv8通用寄存器与特殊寄存器说明

2021-12-22 来源：eefocus

1 通用寄存器

ARMv8提供了31个通用寄存器 R0~R30;

在AArch32架构，通用寄存器w0~w30是32bit宽度；

在AArch64架构，通用寄存器x0~x30是64bit宽度；

2 特殊寄存器

SP (stack pointer register) 指向当前栈的指针；AArch64架构为SP AArch32架构为WSP；

PC (program counter) 指向当前指令的地址；连接寄存器LR，保存子程序的返回地址； AArch32架构中LR使用R14、SP使用R13 AArch64架构中LR使用x30；

PSTATE (process state) 对进程状态信息的集合，包括以下寄存器集合：条件寄存器NZCV、异常屏蔽寄存器DAIF、SP选择寄存器SPSEL、异常等级寄存器CurrentEL，所有指令集都可以通过PSTATE反馈状态；此外，当发生异常时，这些标志位信息将被保存到对应异常级别的SPSR寄存器中；

可通过mrs指令可以读取寄存器的值、msr指令向寄存器写值；

System registers，系统寄存器为执行控制、状态和一般系统配置提供支持，大多数系统寄存器在EL0是不可访问的，但可以在系统初始化时配置一些系统寄存器允许在EL0级别执行的程序访问，任何从EL0到禁用访问权限的系统寄存器的访问都会导致指令表现为UNDEFINED；

EL0可以访问的寄存器有：

Cache ID registers The CTR_EL0 and DCZID_EL0 registers provide implementation parameters for EL0 cache management support.

Debug registers A debug communications channel is supported by the MDCCSR_EL0, DBGDTR_EL0, DBGDTRRX_EL0 and DBGDTRTX_EL0 registers.

Thread ID registers The TPIDR_EL0 and TPIDRRO_EL0 registers are two thread ID registers with different access rights.

Timer registers In ARMv8 the following operations are performed:

• Read access to the system counter clock frequency using CNTFRQ_EL0.

• Physical and virtual timer count registers, CNTPCT_EL0 and CNTVCT_EL0.

• Physical up-count comparison, down-count value and timer control registers,

CNTP_CVAL_EL0, CNTP_TVAL_EL0, and CNTP_CTL_EL0.

• Virtual up-count comparison, down-count value and timer control registers,

CNTV_CVAL_EL0, CNTV_TVAL_EL0, and CNTV_CTL_EL0.

3 ARMv8架构

CPU的内部结构构成：控制单元、逻辑运算单元、存储单元(包括内部总线和缓冲器)；

控制单元完成数据处理整个过程中的调配工作，逻辑单元则完成各个指令以便得到程序最终想要的结果，存储单元就负责存储原始数据以及运算结果；

ALU：逻辑运算单元、x0~x30以及特殊寄存器集合：存储单元；

MMU：内存管理单元，包括地址转换模块以及TLB表模块；

在这里插入图片描述

特殊寄存器说明：

GIC interface的寄存器在ID registers寄存器中；

SPSR与SP寄存器在Special-purpose registers寄存器中，主要涉及ELR_EL1-2、SP_EL0-2、SPSR_EL1-2/SPSR_fiq/SPSR_irq/SPSR_und/SPSR_abt；（当有中断或异常发生时，SPSR_EL1存储处理器的状态信息即PSTATE、ELR_EL1存储当前指令的地址PC、ESR_EL1存储出错的异常信息；）

PSTATE在Base system registers寄存器中，其中PSTATE是一组状态寄存器的集合，涉及NZCV、DAIF、Currentel；主要涉及SCTLR_EL1-2、VBAR_EL1-2、NZCV、DAIF、CurrentEL；

ARMv8 通用寄存器特殊寄存器

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