专栏首页Linux内核深入分析ARMv8-A vs ARMv7 Registers

ARMv8-A vs ARMv7 Registers

ARMv8-A General-Puspose Registers

ARM8v-A提供了31个通用寄存器,分别是X0-X30。每个寄存器是64bits,可以在任何Exception Level访问。

可以看到ARMv8-A总共提供了31个通用寄存器,分别为X0-X30。其中X29是栈帧寄存器,X30是LR链接寄存器。

因为ARMv8-A为了兼容32位应用程序,所以放ARMv8-A中运行32位应用程序的时候,会时候W0-W30寄存器。只使用其中的低32位。

可以看出每一个64位bits的通用寄存器,其中就存在一个32bits的寄存器。当在ARMv8-A中运行32位应用程序时,只使用低32位。

比如:当写0xFFFFFFFF到W0寄存器的时候,就会设置X0为0x00000000FFFFFFFF

ARMv8-A Special Registers

ARMv8-A除过提供了31个通用寄存器外,还提供了一些特殊的寄存器。

  • Program Counter:PC程序计数寄存器,是一个各个EL通用的一个寄存器。
  • Stack Pointer: 栈顶指针寄存器,用来描述各个栈顶的指针寄存器。这个寄存器在每个EL都会存在一个SP_EL0, SP_EL1, SP_EL2, SP_EL3. 通过此寄存器就可以确定当前在那个EL
  • Saved Program Status Register: 程序状态寄存器。
  • Exception Link Register: 异常链接寄存器,保存着异常状态返回的地址
  • 比如当一个异常发生时,处理器必须去处理异常。处理异常时候就需要使用SPSR寄存器保存异常处理前的处理器状态,就是所谓的硬件上保存现场
  • 当处理器处理完异常后,就需要从异常返回,则就需要从ELR寄存器中返回,然后再使用SPSR寄存器恢复现场即可。

ARMv7 Register

ARMv7提供了16个通用寄存器,分别是R0-R15。其中R0-R14是用于存储数据的通用寄存器,R15是程序计数器PC寄存器。这里和ARMv8的区别是ARMv8-A的PC寄存器不属于通用寄存器了

同时ARMv7中也提供了CPSR(Current Program Status Register)描述当前处理器状态的寄存器。SPSR(Saved Progarm Status Register)用于保存CPSR的状态寄存器

如上图就是ARMv7的寄存器描述表,在每种处理器模式下各个寄存器都有不同的含义。

  • 在USER模式下,R0-R15是通用寄存器用来存储数据
  • 当比如发生IRQ时,处理器会切换到IRQ模式。此时就会用SPSR_irq保存当前处理器的状态,然后再IRQ模式就会使用SP_irq的堆栈,返回的时候使用LR_irq寄存器。
  • ARMv7在后期为了支持虚拟化,引入了HYP模式,为了兼容ARMv8引入了ELR_hyp寄存器,用于从异常状态返回。

因为ARMv8-A是兼容ARMv7的32位应用程序的,当在ARMv8-A中运行32位应用程序发生了异常,则寄存器的map如下

  • 因为在ARMv8下已经不存在user,sys.FIQ,IRQ等处理器模式。
  • 而且各个处理器模式的SP,LR已经由ARMv8其余的寄存器替代了
  • 当异常发生在EL1时,由SPSP_EL1来保存处理器的状态,放异常发生在EL2时,由SPSP_EL2保存处理器的状态等
  • 这样一来ARM64由于寄存器更多,则异常切换的效率就更高了。

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