备份寄存器

一、什么是ARM备份寄存器

ARM 备份寄存器（Banked Registers）是按处理器模式独立映射的物理寄存器，核心作用是：模式切换时自动隔离寄存器现场，避免数据冲突、加速异常/中断处理。

二、范围与分组（ARMv7-A/R）

通用寄存器里，R8～R14 为备份寄存器，分两组：

- R8～R12：每组对应 2套物理寄存器

- 非FIQ模式：共用 R8～R12

- FIQ（快速中断）模式：专用 R8_fiq～R12_fiq

- 好处：FIQ 处理时不用保存/恢复现场，中断极快

- R13（SP，栈指针）、R14（LR，链接寄存器）：每组对应 6套物理寄存器

- Usr/Sys 共用一套

- SVC/IRQ/FIQ/ABT/UND 各一套

- 每种模式有独立栈与返回地址，互不干扰

三、核心作用

1. 现场隔离：模式切换时自动切换物理寄存器，无需软件保存/恢复，避免数据被覆盖

2. 加速FIQ：FIQ 独享 R8～R12，中断响应/处理更快

3. 独立栈/返回：R13(SP)、R14(LR) 按模式独立，异常处理更安全

4. SPSR（备份状态寄存器）：每个特权模式有专属 SPSR，保存进入异常前的 CPSR，用于异常返回时恢复状态

FIQ 之所以快，就是因为 R8~R12 不用压栈，直接用自己的备份寄存器。



3. R13(SP)、R14(LR) 全模式备份（最重要）

每个模式都有自己的 SP、自己的 LR：


特点：

- 进 IRQ → 自动切到 R13_irq、R14_irq
​
- 不会破坏用户模式的 SP/LR → 这就是备份的意义



4. SPSR 也是备份寄存器

每个异常模式都有：

- SPSR_irq
​
- SPSR_fiq
​
- SPSR_svc
​
- SPSR_abt
​
- SPSR_und

作用：
进入异常时，硬件自动把 CPSR 存到 SPSR_xxx
返回时再从 SPSR 恢复 CPSR。

四、与未备份寄存器（R0～R7）的区别

- 未备份（R0～R7）：所有模式共用同一物理寄存器；模式切换时必须软件保存/恢复，否则数据丢失

- 备份（R8～R14）：按模式独立物理寄存器；模式切换自动隔离，无需软件操作

实例

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; IRQ 中断入口
; 一进来就已经在 IRQ 模式，用的是 备份寄存器：LR_irq、SPSR_irq、SP_irq
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IRQ_Handler:

; 1. 保存现场：R0-R3, LR_irq;

LR_irq 是备份寄存器，存的是“被打断处的下一条指令”
STMFD SP!, {R0-R3, LR} ; 压入中断栈(SP_irq)

; 2. 调用C语言中断处理函数
BL IRQ_Process ; 中段服务程序C函数

; 3. 恢复现场
LDMFD SP!, {R0-R3, LR} ; 弹出 R0-R3, LR_irq

; 4. 中断返回：关键！
; 用 备份寄存器 SPSR_irq 恢复 CPSR
; 用 LR_irq 修正后恢复 PC
SUBS PC, LR, #4 ;

① PC = LR_irq -4（返回被打断的指令 ;

② SPSR_irq → CPSR（自动恢复状态）