2.3 CM3寄存器

CM3寄存器如图2-4所示。

1.通用寄存器

通用寄存器包括R0～R12。R0～R7也称低组寄存器，它们的字长全为32位。所有指令（包括16位的和32位的）都能访问它们；复位后其初始值是随机的。

R8～R12也称高组寄存器，它们的字长也为32位，16位Thumb指令不能访问它们，而32位Thumb-2指令则不受限制；复位后其初始值也是随机的。

2.堆栈指针R13

CM3内核中共有两种堆栈指针，支持两种堆栈，分别为进程堆栈和主堆栈，这两种堆栈都指向R13，因此在任何时候，进程堆栈或主堆栈中只有一种是可见的。当引用R13（或写为SP）时，引用的是当前正在使用的那一种，另一种必须用特殊的指令来访问（MRS或MSR指令）。这两种堆栈指针的基本特点如下。

主堆栈指针（MSP），或者写为SP_main。这是默认的堆栈指针，它由操作系统内核、异常程序代码，以及所有需要特权访问的应用程序代码使用。

进程堆栈指针（PSP），或写为SP_process。它用于不处于异常程序代码中的常规的应用程序代码。

在处理模式和线程模式下，都可以使用MSP，但只有在线程模式才可以使用P SP。

堆栈与CPU工作模式的对应关系如图2-5所示。使用两种堆栈的目的是防止用户堆栈的溢出影响系统核心代码（如操作系统内核）的运行。

3.链接寄存器R14

R14是链接寄存器（LR）。在一个汇编程序中，可以把它写为LR或R14。LR用于在调用子程序时存储返回地址，也用于异常返回。

LR的最低有效位是可读/写的，这是历史遗留的产物。以前，由位0来指示ARM/Thumb状态。因为有些ARM处理器支持ARM和Thumb状态并存，为了方便汇编程序移植，CM3需要允许最低有效位可读/写。

4.程序计数器R15

R15是程序计数器（Program Counter），在汇编代码中，一般将其称为PC。因为CM3内部使用了指令流水线，所以读P C时返回的值是当前指令的地址+4。例如：

0x1000：MOV R0，PC；R0=0x1004

如果向PC中写数据，就会引起一次程序的分支（但不更新LR）。因为CM3中的指令至少是半字对齐的，所以P C的最低有效位总是读回0。

5.程序状态寄存器

程序状态寄存器（PSR）在其内部又被分为3个子状态寄存器，即应用程序状态寄存器（APSR）、中断程序状态寄存器（IPSR）和执行程序状态寄存器（EPSR），如图2-6所示。通过MRS/MSR指令，这3个程序状态寄存器既可以单独访问，又可以组合访问（2个组合或3个组合都可以）。当使用三合一的方式访问时，应使用名字“xP SR”或“P SR”，如图2-7所示。程序状态寄存器各位域定义如表2-2所示。

6.异常中断寄存器

异常中断寄存器的功能描述如表2-3所示。

7.控制寄存器

控制寄存器有两个用途，即定义权限和选择当前使用的堆栈指针，由两个位来行使这两个职能，如表2-4所示。

因为处理模式永远都是特权级的，所以CONTROL [0]位仅对线程模式有效。仅在特权级下操作时，才允许写CONTROL[0]位。一旦进入用户级，唯一返回特权级的途径就是先触发一个（软）中断，再由服务例程改写该位。

在CM3的处理模式中，CONTROL [1]位总为0；而在线程模式中则可以为0或1。因此，仅当处于特权级的线程模式下时，此位才可写，其他场合下禁止写此位。

CPU的工作模式、堆栈、控制寄存器之间的关系如表2-5所示。

CM3寄存器总结如表2-6所示。