ARMv8寄存器详解

一、ARMv8寄存器介绍

本文我来给大家介绍一下ARMv8的寄存器部分，ARMv8中有34个寄存器，包括31个通用寄存器、一个栈指针寄存器SP(X31),一个程序计数器寄存器PC，一个处理器状态寄存器PSTATE(在ARMv7架构中使用程序状态寄存器(Current Program Status Register,CPSR)来表示当前的处理器状态(processor stste),而在ARMv8里使用PSTATE寄存器来表示)。

寄存器	位数	描述
X0-X30	64bit	通用寄存器，如果有需要可以当作32bit使用：W0-W30
FP(X29)	64bit	保存栈帧地址(栈底指针)
LR(X30)	64bit	程序链接寄存器，保存子程序结束后需要执行的下一条指令
SP	64bit	保存栈顶指针，使用SP/WSP来进行对SP寄存器的访问。
PC	64bit	程序计数器，俗称PC指针，总是指向即将要执行的下一条指令，在arm64中，软件不能修改PC寄存器
PSTATE	64bit	状态寄存器，用于保存处理器的当前状态信息。

二、通用寄存器

AArch64执行状态支持31个64位的通用寄存器，分别是X0-X30寄存器，而AArch32状态支持16个32位的通用寄存器。除用于数据运算和存储之外，通用寄存器还可以在函数调用过程中起到特殊作用，ARM64体系结构的函数调用标准和规范对此有所约定，如下图所示。

 

•  X0 - X7： 这8个寄存器通常用作函数参数寄存器，在函数调用时用来传递前8个参数，若参数个数大于8，就采用栈来传递。64位的函数返回值通常存放在X0寄存器中，128位的返回结果存在X0和X1两个寄存器中。
•  X8： 间接结果位置寄存器，用于保存子函数的返回地址。在一些情况下，X8可以用于普通的临时寄存器，用于存储中间计算结果。
•  X9 - X15： 通常被用作临时变量和中间计算结果的存储。调用者有责任在函数调用前保存它们的值,以免被覆盖。函数返回后,调用者也需要恢复这些寄存器的值。
•  X16、X17： X16 (IP0, Intra-Procedure-call scratch register 0)这个寄存器通常被用作临时寄存器,用于存储函数内部的中间计算结果。它在函数调用过程中可能会被修改,所以调用者需要自行保存和恢复。X17与X16类似。

•  X18： X18 (Platform register)这个寄存器通常被用作平台相关的寄存器,其用途取决于具体的硬件平台和软件环境。在某些系统中,X18 可能被用作过程链接表(PLT)指针,用于动态链接。在其他系统中,X18 可能被用作线程局部存储(Thread Local Storage)的指针。

•  X19 - X28： 通常用于存储函数的局部变量和中间计算结果。被调用的函数有责任在返回前保存和恢复这些寄存器的值,确保调用者可以继续使用。

•  X29： Frame Pointer (FP) 寄存器,它的主要作用是指向当前函数的栈帧(Stack Frame),方便访问函数内部的局部变量和参数。当一个函数被调用时,x29 寄存器会被设置为指向该函数的栈帧起始地址。这样可以通过 x29 寄存器轻松访问函数内部的局部变量和参数,而不需要依赖 x30 寄存器(Link Register)中存储的返回地址。

•  X30: Link Register (LR),它的主要作用是在函数调用时存储函数的返回地址,以便函数执行完毕后能够正确地返回到调用点。当一个函数被调用时,CPU 会将当前执行点的地址保存到 x30 寄存器中。这样在函数执行完毕后,只需要从 x30 寄存器中恢复返回地址,就可以正确地返回到调用点。注意：当一个函数被调用时,CPU 会自动将当前执行点的地址(也就是函数调用语句的下一条指令地址)保存到 x30 寄存器中。

X9 - X15和X19 - X28这两组寄存器的区别:

x9 到 x15 则主要用作临时变量和中间计算结果的存储。x19 到 x28 通常用作函数的局部变量和中间计算结果的存储。对于 x9 到 x15 这些"caller-saved"寄存器,调用者(caller)有责任在函数调用前保存它们的值,并在调用后恢复。对于 x19 到 x28 这些"callee-saved"寄存器,被调用的函数(callee)有责任在返回前保存和恢复它们的值。使用"callee-saved"寄存器通常可以减少对栈的访问,提高性能。但同时也增加了函数调用时保存和恢复寄存器的开销。

在简单讲一下函数的局部变量和临时变量之间的区别：

作用域(Scope)不同: