一、ARM采用32位架构

ARM约定一个Byte是8 bits，一个Halfword是16 bits (2 byte)，一个Word是32 bits (4 byte)。

大部分ARM core 提供ARM 指令集（32 bit，每条指令都是4个字节），Thumb 指令集（16bit），Thumb2指令集（16 & 32bit）。

二、ARM的7种基本工作模式

ARM的工作模式分为普通模式、特权模式，其中特权模式又细分为六种模式。

诸多模式是为了满足操作系统的安全等级需要，各种模式下可以访问的寄存器不同。

注意，同一时刻CPU只处于其中一种模式。

程序员可以修改CPSR寄存器，实现各个模式的切换；CPU在某些情况下也会自动切换。

普通模式（Normal）

（1）用户模式（User）：非特权模式，大部分任务执行在这种模式。

特权模式（Privilege）

（2）快速中断模式（FIQ）：当一个高优先级（fast) 中断产生时将会进入这种模式。

（3）普通中断模式（IRQ）：当一个低优先级（normal) 中断产生时将会进入这种模式。

（4）超级用户模式（SVC）：当复位或软中断指令执行时将会进入这种模式。

（5）中止模式（Abort）：当存取异常时将会进入这种模式。

（6）未定义模式（Undef）：当执行未定义指令时会进入这种模式。

（7）系统模式（System）：使用和User模式相同寄存器集的特权模式。

三、ARM的37个通用寄存器

1、寄存器分类

SoC中有2类寄存器，即通用寄存器、特殊功能寄存器（SFR，special function register）。

（1）通用寄存器

通用寄存器是CPU的组成部分，CPU的很多活动都需要通用寄存器的支持和参与。

通用寄存器没有地址，通过寄存器名字来访问。

ARM一共有37个通用寄存器。

（2）特殊功能寄存器

特殊功能寄存器，属于外设硬件的组成部分。使用软件编程控制某一硬件，其实就是编程读写这个硬件的特殊功能寄存器。

注意，特殊功能寄存器有地址，通过地址来访问寄存器。

2、ARM的37个通用寄存器

（1）影子式设计

注意，上图中除了Abort模式列出所有的寄存器外，其他模式只列出对应位置该模式下特有的寄存器，没有列出的寄存器，则说明和Abort模式共用。比如User模式下有自己的r13和r14寄存器，其他寄存器和Abort模式相同。

这样算下来，ARM总共有 37 个寄存器，但最多只能同时存在18个寄存器。有些寄存器虽然名字相同，但是在当前模式是不可见的。比如在ARM中有6个名叫r13的寄存器，但在特定处理器模式下，只有一个r13是当前可见的，其他的r13必须切换到对应的模式才能看到。这种设计叫影子寄存器。

这样设计的好处是，当各种异常发生的时候，每种异常模式都可以保存一些重要的数据，异常处理程序完成之后返回异常前的程序时，不会破坏原有的寄存器或状态。

（2）重要的寄存器

这37个寄存器都是32位长度，值得重点理解的寄存器有以下几个。

程序控制寄存器（PC，Program Control Register）

这个寄存器存放着将要执行的指令的地址，它指向哪里，CPU就会执行哪条指令，所以程序跳转时把目标代码的地址放到PC寄存器中。注意，整个CPU只有一个PC寄存器。

程序状态寄存器（CPSR，Current Program Status Register）

这个寄存器用来记录CPU的当前状态。注意，整个CPU只有一个CPSR寄存器。

程序状态保存寄存器（SPSR，Saved Program Status Register）

用来保存CPSR的，子程序返回时将SPSR赋给CPSR。注意，整个CPU有5个SPSR寄存器。

连接寄存器（LR，Link Register）

这个寄存器的主要作用如下。

一是调用子程序时，用来保存子程序返回地址（子程序返回时返回到哪个地址）。当通过bl或blx指令调用子程序时，硬件会自动将子程序返回地址保存在LR寄存器中。在子程序返回时，把LR的值复制到PC即可实现子程序返回。比如可以使用mov pc,lr完成子程序返回。

二是当异常发生时，LR中保存的值等于异常发生时PC的值减4，因此在各种异常模式下可以根据LR的值返回到异常发生前的相应位置继续执行。

四、程序状态寄存器（CPSR）

程序状态寄存器（CPSR）在CPU中只有一个，是32bit的，记录着CPU的当前状态。

程序状态寄存器每个bit的含义如下。

（1）bit31~28是条件位

N = Negative result from ALU
Z = Zero result from ALU
C = ALU operation Carried out
V = ALU operation oVerflowed
（2）bit27是Q位

仅ARM 5TE/J架构支持，用来指示饱和状态。

（3）bit24是J位

仅ARM 5TE/J架构支持，J = 1处理器处于Jazelle状态。

（4）bit7~6是中断禁止位

I = 1 表示禁止IRQ。
F = 1 表示禁止FIQ。
（5）bit5是T位

仅ARM xT架构支持。
T = 0 表示处理器处于 ARM 状态。
T = 1 表示处理器处于 Thumb 状态。
（6）bit0~4是Mode位

这是处理器模式位。

（7）总结

CPSR中各个bit位表明了CPU的某些状态信息，这些信息非常重要，和后面学到的汇编指令息息相关（比如BLE指令中的E就和CPSR中的Z标志位有关）。

CPSR中的I、F位和开中断、关中断有关。

CPSR中的mode位（bit4～bit0共5位）决定了CPU的工作模式，在uboot代码中会使用汇编进行设置。