[register]-ARMV8系统中通用寄存器和系统寄存器的介绍和总结

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通用寄存器

1、X0-X31

ARMv8有31个通用寄存器X0-X30, 还有SP、PC、XZR等寄存器 下面详细介绍写这些通用寄存器(general-purpose registers)：

• X0-X7 用于参数传递
• X9-X15 在子函数中使用这些寄存器时，直接使用即可, 无需save/restore. 在汇编代码中x9-x15出现的频率极低 在子函数中使用这些寄存器时，直接使用即可, 无需save/restore. 在汇编代码中x9-x15出现的频率极低
• X19-X29 在callee子函数中使用这些寄存器时，需要先save这些寄存器，在退出子函数时再resotre 在callee子函数中使用这些寄存器时，需要先save这些寄存器，在退出子函数时再resotre
• X8, X16-X18, X29, X30 这些都是特殊用途的寄存器 -- X8： 用于返回结果 -- X16、X17 ：进程内临时寄存器 -- X18 ：resrved for ABI -- X29 ：FP（frame pointer register） -- X30 ：LR

2、特殊寄存器：

部分寄存器还可以当作32位的使用 sp(Stack pointer) EL1t: t表示选择SP_EL0 EL1h:h表示选择SP_ELx(x>0)

PC(Program Counter) 在armv7上PC是一个通用寄存器R15，在armv8上PC不在是一个寄存器，它不能直接被修改。必需使用一些隐式的指令来改变，如PC-relative load

SPSR

• N Negative result (N flag).
• Z Zero result (Z) flag.
• C Carry out (C flag).
• V Overflow (V flag).
• SS Software Step. Indicates whether software step was enabled when an exception was taken.
• IL Illegal Execution State bit. Shows the value of PSTATE.IL immediately before the exception was taken.
• D Debug mask：watchpoint,breakpoint
• A SError (System Error) mask bit.
• I IRQ mask bit.
• F FIQ mask bit.
• M[4] Execution state that the exception was taken from. A value of 0 indicates AArch64.
• M[3:0] Mode or Exception level that an exception was taken from

PSTATE (Processor state) 在aarch64中，调用ERET从一个异常返回时，会将SPSR_ELn恢复到PSTATE中，将恢复：ALU的flag、执行状态(aarch64 or aarch32)、异常级别、processor branches PSTATE.{N, Z, C, V}可以在EL0中被修改，其余的bit只能在ELx(x>0)中修改

3、aarch32 register

执行状态的切换(aarch64/aarch32)

当从aarch32切换到aarch64时： 1、一些64位寄存器的高32bit，曾经被map到aarch32中的一些寄存器。这些高32bit是unknown状态 2、一些64位寄存器的高32bit，在aarch32中没有使用，这些高32bit还是以前的值; 3、如果是跳转到EL3，EL2是aarch32，那么ELR_EL2的高32bit是unknown 4、以下寄存器，不会再aarch32中使用到 — SP_EL0. — SP_EL1. — SP_EL2. — ELR_EL1

aarch64到aarch32的map:

PSTATE at AArch32

System registers

AArch64 registers： • Special-purpose registers. • Base system registers • VMSA-specific registers • ID registers on page • Performance monitors registers • Debug registers • RAS registers • Generic timer registers • Cache maintenance system instructions • Address translation system instructions • TLB maintenance system instructions • Prediction restriction System instructions

1、Special-purpose registers

3个ELR， 4个SP， 8个SPSR

2、Base system registers

118个base system registers

3、VMSA-specific registers

24个VMSA寄存器

4、Address translation system instructions

14个地址翻译指令

AT S12E0R AT S12E0W AT S12E1R AT S12E1W AT S1E0R AT S1E0W AT S1E1R AT S1E1RP AT S1E1W AT S1E1WP AT S1E2R AT S1E2W AT S1E3R AT S1E3W

5、TLB maintenance system instructions

78个TLB一致性指令

TLBI ALLE1 TLBI ALLE1IS TLBI ALLE1OS TLBI ALLE2 TLBI ALLE2IS TLBI ALLE2OS TLBI ALLE3 TLBI ALLE3IS TLBI ALLE3OS TLBI ASIDE1 TLBI ASIDE1IS TLBI ASIDE1OS TLBI IPAS2E1 TLBI IPAS2E1IS TLBI IPAS2E1OS TLBI IPAS2LE1 TLBI IPAS2LE1IS TLBI IPAS2LE1OS TLBI RIPAS2E1 TLBI RIPAS2E1IS TLBI RIPAS2E1OS TLBI RIPAS2LE1 TLBI RIPAS2LE1IS TLBI RIPAS2LE1OS TLBI RVAAE1 TLBI RVAAE1IS TLBI RVAAE1OS TLBI RVAALE1 TLBI RVAALE1IS TLBI RVAALE1OS TLBI RVAE1 TLBI RVAE1IS TLBI RVAE1OS TLBI RVAE2 TLBI RVAE2IS TLBI RVAE2OS TLBI RVAE3 TLBI RVAE3IS TLBI RVAE3OS TLBI RVALE1 TLBI RVALE1IS TLBI RVALE1OS TLBI RVALE2 TLBI RVALE2IS TLBI RVALE2OS TLBI RVALE3 TLBI RVALE3IS TLBI RVALE3OS TLBI VAAE1 TLBI VAAE1IS TLBI VAAE1OS TLBI VAALE1 TLBI VAALE1IS TLBI VAALE1OS TLBI VAE1 TLBI VAE1IS TLBI VAE1OS TLBI VAE2 TLBI VAE2IS TLBI VAE2OS TLBI VAE3 TLBI VAE3IS TLBI VAE3OS TLBI VALE1 TLBI VALE1IS TLBI VALE1OS TLBI VALE2 TLBI VALE2IS TLBI VALE2OS TLBI VALE3 TLBI VALE3IS TLBI VALE3OS TLBI VMALLE1 TLBI VMALLE1IS TLBI VMALLE1OS TLBI VMALLS12E1 TLBI VMALLS12E1IS TLBI VMALLS12E1OS

6、Cache maintenance system instructions

31个cache一致性指令

DC CGDSW DC CGDVAC DC CGDVADP DC CGDVAP DC CGSW DC CGVAC DC CGVADP DC CGVAP DC CIGDSW DC CIGDVAC DC CIGSW DC CIGVAC DC CISW DC CIVAC DC CSW DC CVAC DC CVADP DC CVAP DC CVAU DC GVA DC GZVA DC IGDSW DC IGDVAC DC IGSW DC IGVAC DC ISW DC IVAC DC ZVA IC IALLU IC IALLUIS IC IVAU

7、Generic timer registers

22个generic Timer寄存器

CNTFRQ_EL0 CNTHV_CTL_EL2 CNTHV_CVAL_EL2 CNTHV_TVAL_EL2 CNTHVS_CTL_EL2 CNTHVS_CVAL_EL2 CNTHVS_TVAL_EL2 CNTKCTL_EL1 CNTP_CTL_EL0 CNTP_CVAL_EL0 CNTP_TVAL_EL0 CNTPCT_EL0 CNTPCTSS_EL0 CNTPOFF_EL2 CNTPS_CTL_EL1 CNTPS_CVAL_EL1 CNTPS_TVAL_EL1 CNTV_CTL_EL0 CNTV_CVAL_EL0 CNTV_TVAL_EL0 CNTVCT_EL0 CNTVCTSS_EL0

8、RAS registers

16个RAS寄存器

DISR_EL1 ERRIDR_EL1 ERRSELR_EL1 ERXADDR_EL1 ERXCTLR_EL1 ERXFR_EL1 ERXMISC0_EL1 ERXMISC1_EL1 ERXMISC2_EL1 ERXMISC3_EL1 ERXPFGCDN_EL1 ERXPFGCTL_EL1 ERXPFGF_EL1 ERXSTATUS_EL1 VDISR_EL2 VSESR_EL2

9、Debug registers

23个debug寄存器

DBGAUTHSTATUS_EL1 DBGBCR_EL1 DBGBVR_EL1 DBGCLAIMCLR_EL1 DBGCLAIMSET_EL1 DBGDTR_EL0 DBGDTRRX_EL0 DBGDTRTX_EL0 DBGPRCR_EL1 DBGVCR32_EL2 DBGWCR_EL1 DBGWVR_EL1 DLR_EL0 DSPSR_EL0 MDCCINT_EL1 MDCCSR_EL0 MDRAR_EL1 MDSCR_EL1 OSDLR_EL1 OSDTRRX_EL1 OSDTRTX_EL1 OSECCR_EL1 OSLAR_EL1

10、Performance monitors registers

19个performance寄存器

PMCCFILTR_EL0 PMCCNTR_EL0 PMCEID0_EL0 PMCEID1_EL0 PMCNTENCLR_EL0 PMCNTENSET_EL0 PMCR_EL0 PMEVCNTR_EL0 PMEVTYPER_EL0 PMINTENCLR_EL1 PMINTENSET_EL1 PMMIR_EL1 PMOVSCLR_EL0 PMOVSSET_EL0 PMSELR_EL0 PMSWINC_EL0 PMUSERENR_EL0 PMXEVCNTR_EL0 PMXEVTYPER_EL0

11、ID registers

40个ID寄存器

CCSIDR2_EL1 CCSIDR_EL1 CLIDR_EL1 CSSELR_EL1 CTR_EL0 DCZID_EL0 GMID_EL1 ID_AA64AFR0_EL1 ID_AA64AFR1_EL1 ID_AA64DFR0_EL1 ID_AA64DFR1_EL1 ID_AA64ISAR0_EL1 ID_AA64ISAR1_EL1 ID_AA64MMFR0_EL1 ID_AA64MMFR1_EL1 ID_AA64MMFR2_EL1 ID_AA64PFR0_EL1 ID_AA64PFR1_EL1 ID_AFR0_EL1 ID_AFR0_EL1 ID_DFR0_EL1 ID_DFR0_EL1 ID_DFR1_EL1 ID_DFR1_EL1 ID_ISAR0_EL1 ID_ISAR1_EL1 ID_ISAR2_EL1 ID_ISAR3_EL1 ID_ISAR4_EL1 ID_ISAR5_EL1 ID_ISAR6_EL1 ID_MMFR0_EL1 ID_MMFR1_EL1 ID_MMFR2_EL1 ID_MMFR3_EL1 ID_MMFR4_EL1 ID_MMFR5_EL1 ID_PFR0_EL1 ID_PFR1_EL1 ID_PFR2_EL1 MIDR_EL1 MPIDR_EL1 REVIDR_EL1

12、Prediction restriction System instructions

3个预测限制寄存器

13、必备寄存器总结

PSTATE：程序状态寄存器
SP_ELx(x>0)：在EL1/EL2/EL3 level中，如果spsel=0，则使用SP_ELx(x>0) SP_EL0 ：在所有level中，如果spsel=1, 则使用SP_EL0
SPSR ：save program status register 备份的程序状态寄存器
ELR_ELx(x>0)：异常链接寄存器，记录着异常时程序的返回地址
ESR_ELx(x>0) ：同步异常, 异常特征寄存器 FAR_ELx(x>0)： 同步异常, 异常时的错误地址
VBAR_ELx(x>0)： 向量表基地址寄存器
TTBRn_ELx(n=1,2、x>0)： 地址翻译基地址寄存器 MAIR_ELx(x>0) ：内存属性寄存器
PAR_EL1： 物理地址寄存器, 当使用指令操作MMU进行VA到PA的转换时，物理地址由PAR_EL1输出.
SCR_EL3 ：安全配置寄存器 SCTLR_ELx(x>0）： 系统控制寄存器 TCR_ELx(x>0)： 地址翻译控制寄存器

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