状态寄存器 CPSR

CPU内部的寄存器中,有一种特殊的寄存器(对于不同的处理器,个数和结构都可能不同).这种寄存器在ARM中,被称为状态寄存器就是CPSR(current program status register)寄存器
CPSR和其他寄存器不一样,其他寄存器是用来存放数据的,都是整个寄存器具有一个含义.而CPSR寄存器是按位起作用的,也就是说,它的每一位都有专门的含义,记录特定的信息.

注意：状态寄存器是32位的

状态寄存器各bit的意义如下：

image.png

• 31：N(Negative)标志
• 30：Z(Zero)标志
• 29：C(Carry)标志
• 28：V(Overflow)标志
• 8-27：保留位
• 0-7：低8位（包括I、F、T和M[4：0]）称为控制位，程序无法修改,除非CPU运行于特权模式下,程序才能修改控制位!

注意：N、Z、C、V均为条件码标志位。它们的内容可被算术或逻辑运算的结果所改变，并且可以决定某条指令是否被执行!意义重大!

N(Negative) 标志

它记录相关指令执行后,其结果是否为负。
* 结果为负数，则N = 1
* 结果为非负数，则N = 0

例如：当计算1-4 = -3时，N标志位则为1。
在代码运行过程中查看一下寄存器的情况。

//假设有如下一段汇编
test_1`funA:
->  0x104b1e1cc <+0>:  mov    w0, #0x7fffffff
    0x104b1e1d0 <+4>:  adds   w0, w0, #0x1              ; =0x1 
    0x104b1e1d4 <+8>:  subs   w0, w0, #0x1              ; =0x1 
    0x104b1e1d8 <+12>: ret   

//【1】w0被赋值为0x7FFFFFFF，此时的cpsr的值为：
(lldb) register read cpsr
    cpsr = 0x60000000   <==>    0b01100000000000000000000000000000
//【2】将w0 = w0+0x01 = 0x80000000后，得到的cpsr的值为：
(lldb) register read cpsr
    cpsr = 0x90000000  <==>  0b10010000000000000000000000000000
//【3】将w0 = w0-0x01 = 0x7FFFFFFF，此时的cpsr的值为：
(lldb) register read cpsr
    cpsr = 0x30000000  <==>  0b00110000000000000000000000000000

注：adds：做加法的同时，修改状态寄存器(CPSR)；subs：做减法的同时，修改状态寄存器(CPSR)；

总结：

• W0是四字节大小，其最高位为符号位。符号位为1：表示负数；符号位为0：表示正数。
• 当0x7FFFFFFF+0x01=0x80000000，这表示结果为负数，此时CPSR寄存器的N标志位变成1。
• 当0x80000000-0x01=0x7FFFFFFF，这表示结果为正数，此时CPSR寄存器的N标志位变成0。

Z(Zero) 标志

它记录相关指令执行后,其结果是否为0.

• 结果为0，则Z = 1
• 结果为非0，那么Z = 0
  例如：当计算1-1=0时，Z标志位就为1。

//假设有如下一段汇编
test_1`funA:
->  0x102ef21cc <+0>:  mov    w0, #0x0
    0x102ef21d0 <+4>:  adds   w0, w0, #0x1              ; =0x1 
    0x102ef21d4 <+8>:  subs   w0, w0, #0x1              ; =0x1 
    0x102ef21d8 <+12>: ret   

//【1】w0被赋值为0x0，此时的cpsr的值为：
(lldb) register read cpsr
    cpsr = 0x60000000   <==>    0b01100000000000000000000000000000
//【2】将w0 = w0+0x01 = 0x01后，得到的cpsr的值为：
(lldb) register read cpsr
    cpsr = 0x00000000  <==>  0b00000000000000000000000000000000
//【3】将w0 = w0-0x01 = 0x0，此时的cpsr的值为：
(lldb) register read cpsr
    cpsr = 0x60000000  <==>  0b01100000000000000000000000000000

总结：

• 当0x0+0x01 = 0x01，此时结果为非0，CPSR寄存器的Z标志位为0。
• 当0x1-0x01 = 0x00，此时结果为0，CPSR寄存器的Z标志位为1。

C(Carry)标志

CPSR的第29位是C进位标志位。一般情况下,进行无符号数的运算。
加法运算：当运算结果产生了进位（无符号数溢出）时，C=1，否则C=0。
减法运算：当运算时产生了借位（无符号数溢出）时，C=0，否则C=1。

//假如有如下一段汇编
test_1`funA:
->  0x10081e1bc <+0>:  mov    w0, #-0xFFFFFFFE
    0x10081e1c0 <+4>:  mov    w1, #0x1
    0x10081e1c4 <+8>:  adds   w0, w0, w1
    0x10081e1c8 <+12>: adds   w0, w0, w1
    0x10081e1cc <+16>: mov    w0, #0x1
    0x10081e1d0 <+20>: subs   w0, w0, w1
    0x10081e1d4 <+24>: subs   w0, w0, w1
    0x10081e1d8 <+28>: ret  
//当对w0和w1进行赋值时，CPSR寄存器的值为：
(lldb) register read cpsr
    cpsr = 0x60000000   <==>    0b01100000000000000000000000000000
//【1】当0xFFFFFFFE+0x01=0xFFFFFFFF时，此时未产生进位。当前CPSR寄存器的值为：
(lldb) register read cpsr
    cpsr = 0x80000000   <==>    0b10000000000000000000000000000000
//【2】当0xFFFFFFFF+0x01时，此时产生进位导致w0发生溢出。当前CPSR寄存器的值为：
(lldb) register read cpsr
    cpsr = 0x60000000   <==>    0b01100000000000000000000000000000
//【3】当0x01-0x01时，此时不需要进行借位，当前CPSR寄存器的值为：
(lldb) register read cpsr
    cpsr = 0x60000000   <==>    0b01100000000000000000000000000000
//【4】当0x0-0x01时，此时需要借位，当前CPSR寄存器的值为：
(lldb) register read cpsr
    cpsr = 0x80000000   <==>    0b10000000000000000000000000000000

总结：

• 加法运算：
  • 有进位，C=1
  • 没有进位，C=0
• 减法运算：
  • 有借位，C=0
  • 没有借位，C=1

V(Overflow)溢出标志

CPSR的第28位是V溢出标志位。在进行有符号数运算的时候，如果超过了机器所能标识的范围，称为溢出。

//假如有如下一段汇编
test_1`funA:
->  0x1007ee234 <+0>:  mov    w0, #0x7fffffff
    0x1007ee238 <+4>:  adds   w0, w0, w0
    0x1007ee23c <+8>:  mov    w0, #0x7fffffff
    0x1007ee240 <+12>: mov    w1, #-0x80000000
    0x1007ee244 <+16>: adds   w0, w1, w0
    0x1007ee248 <+20>: mov    w0, #-0x80000000
    0x1007ee24c <+24>: adds   w0, w0, w0
    0x1007ee250 <+28>: ret
//当对w0进行赋值时，CPSR寄存器的值为：
(lldb) register read cpsr
    cpsr = 0x60000000   <==>    0b01100000000000000000000000000000
//【1】当0x7FFFFFFF+0x7FFFFFFF=0xFFFFFFFE时，此时正数+正数，且超过正数最大标识，发生溢出。当前CPSR寄存器的值为：
(lldb) register read cpsr
    cpsr = 0x90000000   <==>    0b10010000000000000000000000000000
//【2】当0x7FFFFFFE+0x80000000时，此时正数+负数，未发生溢出。当前CPSR寄存器的值为：
(lldb) register read cpsr
    cpsr = 0x80000000   <==>    0b10000000000000000000000000000000
//【3】当0x80000000+0x80000000时，此时负数+负数，且超过负数的最大标识，发生溢出，当前CPSR寄存器的值为：
(lldb) register read cpsr
    cpsr = 0x70000000   <==>    0b01110000000000000000000000000000

总结：

• 正数 + 正数结果为负数时，发生溢出，V标志为1
• 负数 + 负数结果为正数时，发生溢出，V标志为1
• 正数 + 负数不可能发生溢出，V标志为0。