部分内容摘自Failwest大牛的《0day安全》第二版，侵删

ARM处理器共有37个寄存器，被分为若干个组，这些寄存器包括：

• 31个通用寄存器，包括未分组寄存器R0-R7、分组寄存器R8-R14和程序计数器（ PC 指针），均为32位的寄存器。
• 6个状态寄存器，包括程序状态寄存器 CPSR 和5个物理状态寄存器 SPSR （用以异常发生时保存 CPSR 的值，异常退出时恢复 CPSR ）。 这些状态寄存器用以标识 CPU 的工作状态及程序的运行状态，均为32位。

具体如下表所示：

未分组寄存器 R0 - R7：

对于未分组寄存器，它们没有被系统用于特别的用途，因此任何可采用通用寄存器的应用场合都可以使用未分组寄存器。
但需要注意一点，未分组寄存器不会因为处理器模式的改变而更改指向的寄存器，因此在所有的处理器模式下未分组寄存器都指向同一个寄存器，当中断或异常处理造成处理器模式转换的时候，由于不同的处理器模式使用了相同的物理寄存器，这就有可能造成寄存器中的数据被破坏。
（关于工作模式和状态可以移步至我的另一篇文章： ARM状态结构小记 ）

分组寄存器 R8 - R14

对于分组寄存器，它们每一次所访问的物理寄存器和处理器当前的运行模式有关。例如在快速中断模式 fiq下R8-R12访问寄存器 R8_fiq-R12_fiq ；而在其他模式下又访问 R8_usr-R12_usr 。因此它们每个对应着两个不同的寄存器。

对于R13（SP）、R14（LR）来说，每个寄存器对应着6个不同的物理寄存器，其中的一个是用户模式与系统模式共用，另外5个物理寄存器对应于其他5种不同的运行模式。采用以下的记号来区分不同的物理寄存器：
R13_< mode >
R14_< mode >
其中，mode为以下几种模式之一：usr、fiq、irq、svc、abt、und。

R13（SP）

寄存器 R13 在 ARM 指令还有着一个非常重要的作用，通常他被用作堆栈指针，当然这只是一种习惯用法，用户也可以使用其他的寄存器作为堆栈指针，但在Thumb指令集中，某些指令强制性地要求使用R13作为堆栈指针。

由于处理器的每种运行模式均有自己福利的物理寄存器R13，使其指向该运行模式下的栈空间，这样，当程序的运行进入异常模式时，可以将需要保护的寄存器放入R13所指向的堆栈，而当程序从异常模式返回时，则从对应的堆栈恢复，采用这种方式可以保证异常发生后程序的正常执行。

R14（LR）

R14 也称作子程序连接寄存器（Subroutine Link Register）或连接寄存器 LR 。当执行 BL 子程序调用指令时，R14 中得到 R15 （程序计数器PC）的备份。

   0x00008d68 <+44>:    bl  0x8cd4 <func>
   0x00008d6c <+48>:    ...
   0x00008d70 <+52>:    ...

通常情况下，在汇编代码中不会出现 R14 中产生 PC 备份的指令语句。可以简单的理解为在执行调用的同时，将当前 PC 的指向的值 0x00008d70 减去一条指令的长度，这里是ARM工作状态，指令长度为 0x00000004，并交由R14保存。减去一条指令的原因很简单，不减的话返回的时候中间 0x00008d6c 处的那条指令就被跳过了。:-p

（当前执行的是 0x00008d68 处的指令，0x00008d6c 处的指令处于译码阶段，0x00008d70 的指令处于取指阶段，PC总是指向取指阶段的指令。关于 ARM 处理器的流水线机制和 PC 指向的值 详见下文。）
其他情况下，R14 也可以用作通用寄存器。与之类似，当发生中断或异常时，对应的分组寄存器 R14_svc、R14_irq、R14_fiq、R14_abt 和 R14_und 用来保存 R15 的返回值。

每一种处理器模式在自己的物理 R14 中存放当前子程序的返回地址。当通过BL、BX 等指令调用子程序时，R14就被设置成该子程序的返回地址。例如有汇编指令如下：

• 执行以下任意一条指令：

MOV PC，LR
BX LR

• 在子程序入口处使用以下指令将R14存入堆栈：

STMFD SP！,{<Regs>,LR}

• 对应的，使用以下指令可以完成子程序返回：

LDMFD SP！,{<Regs>,PC}

当发生异常中断的时候，该模式下的特定物理R14被设置成该异常模式将要返回的地址。

R15（PC）

介绍R15之前先简单了解一下 ARM 处理器的是流水线机制。 ARM7 处理器采用3级流水线来增加处理器指令流的速度，能提供 0.9MIPS/MHz 的指令处理速度。

ARM7 的流水线有3个阶段，因此指令分3个阶段执行。
⑴ 取指从存储器装载一条指令
⑵ 译码识别将要被执行的指令
⑶ 执行处理指令并将结果写会寄存器

对于x86处理器来说，只有完成一条指令的读取和执行后，才会执行下一条指令。这样， PC 始终指向的正在“执行”的指令。

而对于 ARM7 来说因为是3级流水线，所以把指令的处理分为了上面所述的3个阶段。所以处理时实际是这样的： ARM 正在执行第1条指令的同时对第2条指令进行译码，并将第3条指令从存储器中取出。因此 ARM7 流水线只有在取第4条指令时，第1条指令才算完成执行。继而 ARM 的 PC 寄存器永远指向当前执行的指令后的第二条指令，即处于取指阶段的指令。

另外，在ARM状态下，最低的两位[1:0]为0，其他位[31:2]用于保存PC；在Thumb状态下，最低位[0]为0，其他位 [31:1]用于保存PC；所以 R15（PC）虽然可以用作通用寄存器，但是有一些指令在使用R15时有一些特殊限制，当违反了这些限制时，程序的执行结果是未知的。

R16（CPSR）

寄存器R16用作当前程序状态寄存器 CPSR （Current Program Status Register），可在任何运行模式下被访问，它包括条件标志位、中断禁止位、当前处理器模式标志位，以及其他一些相关的控制和状态位。

每一种运行模式下又都有一个专用的物理状态寄存器，称为备份的程序状态寄存器 SPSR （Saved Program Status Register），当异常发生时， SPSR 用于保存 CPSR 的当前值，从异常退出时则可由 SPSR 来恢复 CPSR 。

由于用户模式和系统模式不属于异常模式，他们没有 SPSR ，当在这两种模式下访问 SPSR ，结果是未知的。

执行条件标志位

ARM 的执行条件与 x86 下面的标志位有些类似，系统通过对这些标志位的判断来确定是否满足执行条件。几乎所有的 ARM 指令都包含一个4位的条件码，位于指令的最高4位。条件码共有16种，每种条件码可用两个字符表示，这两个字符可以添加在指令助记符的后面和指令同时使用。

例如，跳转指令 B 可以加上后缀 EQ 变成 BEQ 表示“相同则跳转”，即当 CPSR 中的Z标志置位时发生跳转。在16种条件标志码中，只有15种可以使用，如下表所示。第十六种（1111）为系统保留，暂时不能使用。