数据类型和寄存器

数据类型

与高级语言类似，ARM支持对不同数据类型操作。

可以加载或存储的数据类型可以是有符号或无符号的一个字、半字、或字节。这三种数据类型的扩展名为：-h 或 -sh 表示半字，-b 或 -sb 表示字节，字没有扩展名。

将数据类型与“加载和存储”指令一起使用：

ldr = Load Word     # ldr为指令
ldrh = Load unsigned Half Word    #ldr指令后跟一个h
ldrsh = Load signed Half Word     #ldr指令后跟一个sh
ldrb = Load unsigned Byte         #ldr指令后跟一个b
ldrsb = Load signed Bytes

str = Store Word
strh = Store unsigned Half Word
strsh = Store signed Half Word
strb = Store unsigned Byte
strsb = Store signed Byte

字节序

内存中数据存储的两种方式：小端序（LE）和大端序（BE）。Intel x86这种小端序机器上，最低有效字节存储在内存的最低地址上；在大端序机器上，最高有效字节存储在最低地址。ARM架构的计算机在版本3之前是固定使用小端序的。但从ARMv6版本开始，它变得灵活了，可以根据需要在小端序和大端序之间切换。这种切换是通过程序状态寄存器（CPSR）中的一个特殊位（E位）来控制的。这意味着ARM计算机可以根据程序的需要来决定数据的存储方式，无论是小端序还是大端序。

寄存器

寄存器的数量取决于ARM版本，根据ARM参考手册，除了基于ARMv6-M 和ARMv7-M的处理器外，其他处理器有30个通用32位寄存器。前16个寄存器可在用户级模式下访问，其他寄存器可在特权软件(内核)执行中使用，接下来的介绍，只使用前16个用户级模式下可访问的寄存器：r0-15。这 16 个寄存器可分为两组：通用寄存器和特殊用途寄存器。

R0-R12: 在常用操作中用于存储临时值、指针等。例如，R0既可以在算术运算期间称为累加器，也可以用于存储先前调用的函数的结果。R7 存储了系统调用编号，因此在处理系统调用时变得很有用。而 R11作为帧指针，可以跟踪堆栈上的边界。此外，当调用一个函数时，它的前四个参数会先被放入r0、r1、r2和r3这四个寄存器中，然后函数通过读取这些寄存器来获取传入的参数值

R13: SP (堆栈指针)：堆栈是一种特殊的内存区域，主要用于存储函数运行时需要的临时数据。当你调用一个函数时，计算机会在这个区域为这个函数分配一些空间来存储数据，比如函数的参数、局部变量和返回地址。当你的函数执行完毕并返回时，之前为这个函数分配的堆栈空间就会被释放，也就是“回收”。这样做是为了重新利用这些空间，为其他函数调用提供存储空间。堆栈指针是一个特殊的寄存器，它总是指向堆栈的顶部。当需要在堆栈上分配空间时，计算机会通过修改堆栈指针来实现。当你需要在堆栈上存储数据时，比如一个32位的值，计算机会从堆栈指针的当前位置减去相应的字节数（在这个例子中是4字节）。这样做会更新堆栈指针的位置，从而为这个值分配空间。这个过程是自动的，不需要程序员手动管理。

R14：LR（链路寄存器）：当你调用一个函数时，链路寄存器会被更新为一个特殊的内存地址。这个地址实际上指向了调用函数的下一条指令，也就是你调用函数后应该继续执行的地方。假设你有一个主函数，它调用了一个子函数。在子函数执行的过程中，链路寄存器保存了主函数中紧随函数调用之后的那条指令的地址。当子函数完成它的任务后，程序会通过读取链路寄存器中的地址，来知道接下来应该执行哪条指令。这样，程序就可以顺利地从子函数返回到主函数，继续之前的工作。

R15：PC（程序计数器）。程序计数器（PC）是计算机中的一个特殊寄存器，它的作用是跟踪当前正在执行的指令的位置。你可以把它想象成阅读时的手指，它总是指向你接下来要阅读的单词。在ARM架构的处理器中，程序计数器的行为会根据处理器的工作模式而有所不同。ARM架构有两种主要的工作模式：ARM状态和THUMB模式。ARM状态是处理器的标准工作模式。在这个状态下，每条指令都是4个字节大小。因此，每当处理器执行一条指令后，程序计数器会自动增加4，指向下一条指令的位置。THUMB模式是一种更紧凑的指令集，每条指令只有2个字节大小。在这种模式下，程序计数器在执行完一条指令后会增加2，指向下一条指令。当处理器执行一个分支指令，也就是告诉它跳转到程序的另一个部分时，程序计数器会直接更新为这个新位置的地址。

这里有一个特别的地方需要注意：在ARM状态中，程序计数器在执行当前指令后，会预先增加8（也就是两条ARM指令的大小），这样做是为了准备下下条指令的地址。而在THUMB模式（对于v1版本）中，程序计数器在执行当前指令后，会预先增加4（也就是两条THUMB指令的大小）。这与x86架构的处理器不同，在x86中，程序计数器始终只是简单地指向下一条要执行的指令，而不会预先增加额外的量。

当前程序状态寄存器

使用gdb调试ARM二进制文件时，会看到一个名为 Flags 的东西：

寄存器$cpsr显示是ARM处理器中的一个特殊部件，它的全名是“当前程序状态寄存器”。它记录了处理器在任何时刻的状态和一些重要的信息。

上图是32 位寄存器 (CPSR) 的布局，其中左侧保存最高有效位，右侧保存最低有效位。每个单元格（除了 GE 和 M 部分以及空白单元格）的大小都是一位。这些一位部分定义了程序当前状态的各种属性。

假设现在比较寄存器r1和r0，其中 r1 = 4 且 r0 = 2， 执行cmp r1, r0 操作后标志的样子：