汇编三 — CPSR 状态寄存器

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状态寄存器又名条件码寄存器，它是计算机系统的核心部件——运算器的一部分，状态寄存器用来存放两类信息：一类是体现当前指令执行结果的各种状态信息（条件码），如有无进位（CF位）、有无溢出（OV位）、结果正负（SF位）、结果是否为零（ZF位）、奇偶标志位（P位）等；另一类是存放控制信息（PSW:程序状态字寄存器），如允许中断(IF位)、跟踪标志（TF位）等。有些机器中将PSW称为标志寄存器FR（Flag Register）。

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:CPSR寄存器是32位的。我们可以通过修改 cpsr 寄存器的值来改变程序运行的结果。
（CPSR：8 个 16 进制位，1 个16进制位==4 个二进制位，所以为32个二进制位==4个 Byte）

如：

image.png cpsr

注： cpsr 的首位 8 二进制则为：1000，每一位的 0 和 1 都代表不同意义。通过修改为 0100，即：

修改寄存器

查看执行结果：

image.png

但是我的依然没改过来：？？？

image.png

• CPSR的低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!
• 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!~~~~

CPSR

N（Negative）标志

CPSR的第31位是 N，符号标志位。它记录相关指令执行后,其结果是否为负.如果为负 N = 1,如果是非负数 N = 0.

如：

Printing description of $cpsr:
(unsigned int) cpsr = 0x80000000
1000
(unsigned int) cpsr = 0x60000000
0100
nzcv

   注意,在ARM64的指令集中,有的指令的执行时影响状态寄存器的,比如add\sub\or等,他们大都是运算指令(进行逻辑或算数运算)；

Z(Zero)标志

CPSR的第30位是Z，0标志位。它记录相关指令执行后, 判断结果是否为0.如果结果为0.那么Z = 1.如果结果不为0,那么Z = 0.

   对于Z的值,我们可以这样来看,Z标记相关指令的计算结果是否为0,如果为0,则N要记录下"是0"这样的肯定信息.在计算机中1表示逻辑真,表示肯定.所以当结果为0的时候Z = 1,表示"结果是0".如果结果不为0,则Z要记录下"不是0"这样的否定信息.在计算机中0表示逻辑假,表示否定,所以当结果不为0的时候Z = 0,表示"结果不为0"。

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时（无符号数溢出），C=1，否则C=0。
减法运算（包括CMP）：当运算时产生了借位时（无符号数溢出），C=0，否则C=1。

   对于位数为N的无符号数来说，其对应的二进制信息的最高位，即第N - 1位，就是它的最高有效位，而假想存在的第N位，就是相对于最高有效位的更高位。如下图所示：

想象的更高位

注：有符号/无符号，就是下面的，CPU在运算的时候，按位去运算的，并不丢弃这个进位制，而是记录在一个特殊的寄存器的某一位上。这位有值就为负数，反之为正数。ARM下就用C位来记录这个进位值。如果为纯数字就是一个数字。

进位

   我们知道，当两个数据相加的时候，有可能产生从最高有效位向更高位的进位。比如两个32位数据：0xaaaaaaaa + 0xaaaaaaaa,将产生进位。由于这个进位值在32位中无法保存，我们就只是简单的说这个进位值丢失了。其实CPU在运算的时候，并不丢弃这个进位制，而是记录在一个特殊的寄存器的某一位上。ARM下就用C位来记录这个进位值。比如，下面的指令

// C 
 // 加法 -- 进位
asm(
    "mov w0,#0xaaaaaaaa\n"//0xa 的二进制是 1010
    "adds w0,w0,w0\n" // 执行后 相当于 1010 << 1 进位1（无符号溢出） 所以C标记 为 1
    "adds w0,w0,w0\n"// 执行后 相当于 0101 << 1 进位0（无符号没溢出） 所以C标记 为 0
    "adds w0,w0,w0\n" // 重复上面操作
    "adds w0,w0,w0\n"
);

借位

   当两个数据做减法的时候，有可能向更高位借位。再比如，两个32位数据：0x00000000 - 0x000000ff,将产生借位，借位后，相当于计算0x100000000 - 0x000000ff。得到0xffffff01 这个值。由于借了一位，所以C位 用来标记借位。C = 0.比如下面指令：

// 减法 -- 借位
mov w0,#0x0
subs w0,w0,#0xff ;
subs w0,w0,#0xff
subs w0,w0,#0xff

V(Overflow)溢出标志

1 代表溢出，0 未溢出。

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。(溢出不算进位)

• 正数 + 正数 为负数 溢出
• 负数 + 负数 为正数 溢出
• 正数 + 负数 不可能溢出

// V 溢出位
asm(
    "mov w0, #0x7fffffff\n"
    "adds w0, w0, #0xff2\n"
    "mov w0, #0x80000000\n"
    "subs w0,w0, #0x02\n"
);

结果
Printing description of $cpsr:
(unsigned int) cpsr = 0x30000000
0011
有点不太明白，一个最大的负数减去一个正数结果怎么变成一个正数了呢？溢出了
莫非是符号位不算？

小结：
N、Z、C、V
N
CPSR的第31位是 N,结果如果为负 N = 1,如果是非负数 N = 0.
Z
CPSR的第30位是Z，0标志位。如果结果为0.那么Z = 1.如果结果不为0,那么Z = 0.
C
CPSR的第29位是C，进位标志位。
加法运算：当运算结果产生了进位时（无符号数溢出），C=1，否则C=0。
减法运算（包括CMP）：当运算时产生了借位时（无符号数溢出），C=0，否则C=1。
V
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。
1 代表溢出，0 未溢出。