關(guān)于ARM的PC指針異常返回處理（PC+8，PC+4，PC-4,PC-8情況）
要理解PC指針，首先就要好好了解LR指針
連接寄存器LR（r14）：用來(lái)保存和恢復(fù)PC寄存器的內(nèi)容，它有兩個(gè)特殊功能。
??? （1）保存子程序返回地址。使用BL或BLX時(shí)，跳轉(zhuǎn)指令自動(dòng)把返回地址放入r14中；子程序通過(guò)把r14復(fù)制到PC來(lái)實(shí)現(xiàn)返回，通常用下列指令之一：
??????????????????????? MOV PC, LR?
??????????????????????? BX LR
???????????? 通常子程序這樣寫(xiě)，保證了子程序中還可以調(diào)用子程序。
???????????????????????? stmfd sp!, {lr}
???????????????????????? ……
???????????????????????? ldmfd sp!, {pc}
??? （2）當(dāng)異常發(fā)生時(shí)，異常模式的r14用來(lái)保存異常返回地址，將r14如?？梢蕴幚砬短字袛?。
程序計(jì)數(shù)器r15（PC）：PC是有讀寫(xiě)限制的。當(dāng)沒(méi)有超過(guò)讀取限制的時(shí)候，讀取的值是指令的地址加上8個(gè)字節(jié)，由于ARM指令總是以字對(duì)齊的，故bit[1:0]總是00。當(dāng)用str或stm存儲(chǔ)PC的時(shí)候，偏移量有可能是8或12等其它值。在V3及以下版本中，寫(xiě)入bit[1:0]的值將被忽略，而在V4及以上版本寫(xiě)入r15的bit[1:0]必須為00，否則后果不可預(yù)測(cè)。
知道PC寄存器和LR寄存器功能以后，再了解一下ARM處理器的三級(jí)流水線和多級(jí)流水線
從圖中可以看出，一條匯編指令的運(yùn)行有三個(gè)步驟，取指、譯碼、執(zhí)行，當(dāng)?shù)谝粭l匯編指令取指完成后，緊接著就是第二條指令的取指，然后第三條...如此嵌套
其實(shí)很容易看出，第一條指令：
add r0, r1,#5
取指完成后，PC就指向了第二條指令，此時(shí)PC=PC+4
當(dāng)?shù)谝粭l指令譯碼完成以后，此時(shí)PC=PC+8
所以第一條指令開(kāi)始執(zhí)行時(shí)，PC值已經(jīng)加了8
所以必須記住這個(gè)前提，在arm中，每次該指令執(zhí)行時(shí)，其實(shí)這時(shí)的PC值是PC=PC+8
由于此處不是本文重點(diǎn)，更多關(guān)于多級(jí)流水線和PC為什么是PC+8的詳細(xì)內(nèi)容，點(diǎn)此跳轉(zhuǎn)。
接下來(lái)談?wù)勎覀冊(cè)赼rm匯編時(shí)，什么時(shí)候需要PC-4, PC-8, PC什么都不減
！記?。篜C不是指向你正在運(yùn)行的指令，而是PC始終指向你要取指的指令的地址
我們以下面uboot中的start.S的最開(kāi)始的匯編代碼為例來(lái)進(jìn)行解釋：
00000000: ???0: ea000014? b 584: e59ff014? ldr pc,?[pc,?#20] ;?208: e59ff014? ldr pc,?[pc,?#20] ;?24c: e59ff014? ldr pc,?[pc,?#20] ;?2810: e59ff014? ldr pc,?[pc,?#20] ;?2c14: e59ff014? ldr pc,?[pc,?#20] ;?3018: e59ff014? ldr pc,?[pc,?#20] ;?341c: e59ff014? ldr pc,?[pc,?#20] ;?3800000020: ??20: 00000120? .word 0x00000120
流水線如表格：
指令物理地址Cycle1Cycle2Cycle3Cycle4Cycle5Cycle60??????4取指譯碼執(zhí)行???8?取指譯碼執(zhí)行??c??取指譯碼執(zhí)行?10???取指譯碼執(zhí)行14????取指譯碼18?????取指
紅色加粗字體代表：實(shí)際PC的物理地址（即PC始終指向你要取的指令的地址）
指令周期Cycle1取指
PC總是指向?qū)⒁x取的指令的地址（即我們常說(shuō)的，指向下一條指令的地址），而當(dāng)前PC=4，
所以去取物理地址為4對(duì)對(duì)應(yīng)的指令
ldr pc,?[pc,?#20]
其對(duì)應(yīng)二進(jìn)制代碼為e59ff014。
此處取指完之后，自動(dòng)更新PC的值，即PC=PC+4（單個(gè)指令占4字節(jié)，所以加4）=4+4=8
指令周期Cycle2譯指
翻譯地址為4的指令e59ff014
同時(shí)再去取指
PC總是指向?qū)⒁x取的指令的地址（即我們常說(shuō)的，指向下一條指令的地址），而當(dāng)前PC=8，
所以去物理地址為8所對(duì)應(yīng)的指令“l(fā)dr pc, [pc, #20]” 其對(duì)應(yīng)二進(jìn)制代碼為e59ff014。
此處取指完之后，自動(dòng)更新PC的值，即PC=PC+4=8+4=12=0xc
指令周期Cycle3執(zhí)行（指令）
執(zhí)行“e59ff014”，即
ldr pc,?[pc,?#20]
所對(duì)表達(dá)的含義，即PC
= PC + 20
= 12 + 20
= 32
= 0x20
此處，只是計(jì)算出待會(huì)要賦值給PC的值是0x20，這個(gè)0x20還只是放在執(zhí)行單元中內(nèi)部的緩沖中。
譯指
翻譯地址為8的指令e59ff014
取指
此步驟由于是和上面a.中的執(zhí)行同步做的，所以，未受到影響，繼續(xù)取指，而取指的那一時(shí)刻，PC為上一Cycle更新后的值，即PC=0xc，所以是去取物理地址為0xc所對(duì)應(yīng)的指令
ldr pc,?[pc,?#20]
對(duì)應(yīng)二進(jìn)制為e59ff014 ? 此處取指完之后，自動(dòng)更新PC的值，即PC=PC+4=0xc+4=0x10
用圖來(lái)總結(jié)過(guò)程：
再記?。焊淖働C的值，會(huì)導(dǎo)致流水線清空?。。?/p>
好了，那我們繼續(xù)來(lái)看什么時(shí)候需要PC-4, PC-8, PC什么都不減
這個(gè)取決于是在正常程序的跳轉(zhuǎn)還是發(fā)生異常：
我先假設(shè)當(dāng)前運(yùn)行上面地址4所對(duì)應(yīng)的指令，將它稱作第一條指令！
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正常跳轉(zhuǎn)：
如果是使用BL執(zhí)行了正常程序的跳轉(zhuǎn)，那么執(zhí)行這條BL指令時(shí)，由于是正常的跳轉(zhuǎn)指令，所以cpu會(huì)將下一句的物理地址存放在LR中,那么將8地址存放在LR中)，當(dāng)從子程序跳轉(zhuǎn)回來(lái)的時(shí)候，那么就需要將保存在LR寄存器中的值恢復(fù)給PC寄存器，mov PC, LR ??? 這樣的指令返回
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異常跳轉(zhuǎn)：
當(dāng)前執(zhí)行的是地址4對(duì)應(yīng)的第一條指令，
在分別講解各種異常之前，有一條總的原則就是：無(wú)論發(fā)生什么異常（除復(fù)位），內(nèi)核總是會(huì)首先將 PC-4 放到LR寄存器中。（PC始終指向你要取指的指令的地址 即：PC = 當(dāng)前指令物理地址 + 8）
IRQ異常發(fā)生時(shí)，cpu已經(jīng)自動(dòng)更新pc值(4+8+4=10)，=》LR ?= c(10-4)，指向的第三條指令，如果不進(jìn)行減4處理，我們回來(lái)將會(huì)漏執(zhí)行第二條指令，所以PC恢復(fù)的時(shí)候就需要LR減4，所以正常從子程序返回的時(shí)候會(huì)使用如：
SUBS PC, LR,#4???? 返回到當(dāng)前指令的下一條指令
未定義指令異常時(shí)，cpu還沒(méi)有自動(dòng)更新pc值(4+8=c)，=》LR ?= 8(c-4) ?；因?yàn)樵撝噶钗炊x，所以返回時(shí)就不應(yīng)該返回到這條未定義指令，而是返回到它的下一條指令，R14中保存的剛好就是下一條指令的地址，所以就不用計(jì)算了，直接將R14賦值給PC就行了，即mov PC, LR
預(yù)取指令異常時(shí)，即cpu還沒(méi)有自動(dòng)更新pc值(4+8=c)，=》LR ?= 8(c-4) ?；出現(xiàn)預(yù)取指令異常后，要重新再執(zhí)行一次這條指令，這也是與其他異常不太一樣的地方。，所以PC恢復(fù)的時(shí)候就需要R14減4，即SUBS PC, LR,#4
數(shù)據(jù)中止異常，這個(gè)異常表示當(dāng)前存儲(chǔ)器的訪問(wèn)不能完成，是在本指令執(zhí)行完成后才發(fā)生的，即cpu已經(jīng)自動(dòng)更新pc值(4+8+4=10)值，=》LR ?= c(10-4)，我們從異常返回時(shí)，要重新再執(zhí)行一次這條指令，所以PC恢復(fù)的時(shí)候就需要R14減8，即SUBS PC, LR,#8
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