ARM 寄存器参考

华语世界杯 2026-08-11 04:39:45

ARM 寄存器参考

ARM32和ARM64架构寄存器的完整参考，包含通用寄存器、浮点/SIMD寄存器、特殊寄存器，以及不同调用约定下的寄存器分类

概述

ARM架构提供了丰富的寄存器集合，从ARM32的16个32位通用寄存器发展到ARM64的31个64位通用寄存器。理解这些寄存器的用途、命名规范和在不同调用约定下的分类，是编写高效ARM汇编代码的基础。

寄存器演进历史

架构

年代

通用寄存器

位宽

浮点/SIMD寄存器

ARMv4

1994

R0-R15

32位

无

ARMv5TE

1999

R0-R15

32位

无

ARMv6

2002

R0-R15

32位

VFP (可选)

ARMv7-A

2005

R0-R15

32位

VFP + NEON

ARMv8-A (AArch64)

2011

X0-X30 + SP + XZR

64位

V0-V31 (128位)

ARMv9-A

2021

X0-X30 + SP + XZR

64位

V0-V31 + SVE2

寄存器分类概览

graph TD

A[ARM 寄存器] --> B[ARM32 寄存器]

A --> C[ARM64 寄存器]

B --> B1[通用寄存器 R0-R15]

B --> B2[VFP寄存器 S0-S31/D0-D31]

B --> B3[NEON寄存器 Q0-Q15]

B --> B4[状态寄存器 CPSR/SPSR]

C --> C1[通用寄存器 X0-X30]

C --> C2[特殊寄存器 SP/XZR]

C --> C3[SIMD/FP寄存器 V0-V31]

C --> C4[系统寄存器 PSTATE等]

ARM32 通用寄存器（R0-R15）

寄存器概览

ARM32提供16个32位通用寄存器，每个寄存器都有特定的用途和别名：

寄存器

AAPCS别名

用途

保存责任

参数1 / 返回值

Caller-saved

参数2 / 返回值高位

Caller-saved

参数3

Caller-saved

参数4

Caller-saved

变量寄存器1

Callee-saved

变量寄存器2

Callee-saved

变量寄存器3

Callee-saved

变量寄存器4 / Thumb帧指针

Callee-saved

变量寄存器5

Callee-saved

v6/SB/TR

平台相关

平台定义

R10

变量寄存器7

Callee-saved

R11

v8/FP

帧指针（ARM状态）

Callee-saved

R12

过程内调用暂存

Caller-saved

R13

栈指针

特殊

R14

链接寄存器

特殊

R15

程序计数器

特殊

寄存器位布局

ARM32 通用寄存器 (32位):

位: 31 16 15 0

┌────────────────────────────────┬────────────────────────────────────┐

R0: │ 高16位 │ 低16位 │

└────────────────────────────────┴────────────────────────────────────┘

│◄─────────────────────────── 32位 ──────────────────────────────────►│

注意：ARM32没有子寄存器访问，必须使用完整的32位寄存器

参数和返回值寄存器

ARM32 参数传递:

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐

│ 参数1 参数2 参数3 参数4 参数5+ │

│ R0 R1 R2 R3 栈传递 │

└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘

ARM32 返回值:

│ 32位返回值: R0 │

│ 64位返回值: R0 (低32位) + R1 (高32位) │

64位参数对齐规则

重要：64位参数（如long long、double）必须在偶数寄存器对开始：

情况

分配方式

第1个64位参数

R0-R1

第2个64位参数（如果R2-R3可用）

R2-R3

64位参数在R1时

跳过R1，使用R2-R3

寄存器不足

通过栈传递（8字节对齐）

特殊用途寄存器详解

R13 - 栈指针（SP）

特性

说明

用途

指向栈顶（最后压入的数据）

增长方向

向低地址增长（PUSH减小SP，POP增加SP）

对齐要求

公共接口要求8字节对齐

保存规则

被调用者必须保持（调整后恢复）

@ 栈操作示例

PUSH {R0-R3} @ SP -= 16, 保存R0-R3

POP {R0-R3} @ 恢复R0-R3, SP += 16

SUB SP, SP, #16 @ 分配16字节栈空间

ADD SP, SP, #16 @ 释放16字节栈空间

R14 - 链接寄存器（LR）

特性

说明

用途

保存函数返回地址

BL指令

自动将返回地址存入LR

通过BX LR或POP {PC}返回

嵌套调用

必须保存LR到栈

@ 函数调用和返回

BL function @ LR = 返回地址, 跳转到function

BX LR @ 返回到LR指向的地址

@ 嵌套调用时保存LR

PUSH {LR} @ 保存返回地址

BL other_func @ 调用其他函数

POP {PC} @ 恢复返回地址并返回

R15 - 程序计数器（PC）

特性

说明

用途

指向当前执行指令+8（ARM）或+4（Thumb）

读取

可以直接读取，返回当前指令地址+8

写入

写入PC相当于跳转

特殊性

ARM32独有，ARM64不可直接访问PC

@ PC相对寻址

LDR R0, [PC, #offset] @ 从PC相对地址加载

ADR R0, label @ 获取label的地址

@ 通过PC实现跳转

MOV PC, LR @ 等效于 BX LR

LDR PC, [SP], #4 @ 从栈弹出地址并跳转

ARM64 通用寄存器（X0-X30, SP, XZR）

寄存器概览

ARM64提供31个64位通用寄存器，外加栈指针和零寄存器：

寄存器

32位视图

用途

保存责任

参数1 / 返回值

Caller-saved

参数2 / 返回值扩展

Caller-saved

参数3

Caller-saved

参数4

Caller-saved

参数5

Caller-saved

参数6

Caller-saved

参数7

Caller-saved

参数8

Caller-saved

间接结果位置寄存器

Caller-saved

X9-X15

W9-W15

临时寄存器

Caller-saved

X16

W16 (IP0)

过程内调用暂存1

Caller-saved

X17

W17 (IP1)

过程内调用暂存2

Caller-saved

X18

W18

平台寄存器

平台定义

X19-X28

W19-W28

被调用者保存寄存器

Callee-saved

X29

W29 (FP)

帧指针

Callee-saved

X30

W30 (LR)

链接寄存器

特殊

WSP

栈指针

特殊

XZR

WZR

零寄存器

特殊

寄存器位布局

ARM64 通用寄存器 (64位):

位: 63 32 31 0

X0: │ 高32位 │ 低32位 (W0) │

│◄─────────────────────────── X0 (64位) ─────────────────────────────►│

│◄────────── W0 (32位) ─────────────►│

重要规则: 写入W寄存器会将高32位清零！

示例:

MOV X0, #0xFFFFFFFFFFFFFFFF @ X0 = 0xFFFFFFFFFFFFFFFF

MOV W0, #1 @ X0 = 0x0000000000000001 (高32位被清零)

参数和返回值寄存器

ARM64 参数传递:

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐

│ 参数1 参数2 参数3 参数4 参数5 参数6 参数7 参数8 参数9+ │

│ X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 栈传递 │

└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘

ARM64 返回值:

│ 64位返回值: X0 │

│ 128位返回值: X0 (低64位) + X1 (高64位) │

│ 大结构体: 通过X8指针返回 │

特殊用途寄存器详解

SP - 栈指针

特性

说明

用途

指向栈顶

增长方向

向低地址增长

对齐要求

必须16字节对齐（强制）

访问限制

只能用于特定指令（如LDR/STR的基址）

// 栈操作示例

STP X29, X30, [SP, #-16]! // 保存FP和LR，SP -= 16

LDP X29, X30, [SP], #16 // 恢复FP和LR，SP += 16

SUB SP, SP, #32 // 分配32字节栈空间

ADD SP, SP, #32 // 释放32字节栈空间

XZR/WZR - 零寄存器

特性

说明

读取

始终返回0

写入

丢弃写入的值

用途

简化代码，避免显式清零

// 零寄存器使用示例

MOV X0, XZR // X0 = 0

ADD X0, X1, XZR // X0 = X1 + 0 = X1

CMP X0, XZR // 比较X0和0

STR XZR, [X1] // 存储0到内存

SUBS XZR, X0, X1 // 比较X0和X1，丢弃结果（等效于CMP）

X29 - 帧指针（FP）

特性

说明

用途

指向当前栈帧的基址

推荐使用

AAPCS64推荐使用帧指针

调试支持

便于栈回溯和调试

// 标准函数序言

STP X29, X30, [SP, #-32]! // 保存FP和LR

MOV X29, SP // 建立新帧指针

// 访问局部变量和参数

LDR X0, [X29, #-8] // 局部变量

LDR X1, [X29, #16] // 栈参数

// 标准函数尾声

LDP X29, X30, [SP], #32 // 恢复FP和LR

RET

X30 - 链接寄存器（LR）

特性

说明

用途

保存函数返回地址

BL指令

自动将返回地址存入X30

RET指令

默认跳转到X30

// 函数调用和返回

BL function // X30 = 返回地址, 跳转到function

RET // 返回到X30指向的地址

// 嵌套调用时保存LR

STP X29, X30, [SP, #-16]! // 保存FP和LR

BL other_func // 调用其他函数

LDP X29, X30, [SP], #16 // 恢复FP和LR

RET

X8 - 间接结果寄存器

特性

说明

用途

传递大结构体返回值的存储地址

使用场景

返回值超过16字节时

调用者责任

分配空间并将地址放入X8

// 返回大结构体的函数

// struct BigStruct { long data[4]; };

// BigStruct get_big_struct(void)

get_big_struct:

// X8 指向调用者分配的空间

MOV X9, #1

STR X9, [X8, #0] // data[0] = 1

MOV X9, #2

STR X9, [X8, #8] // data[1] = 2

MOV X9, #3

STR X9, [X8, #16] // data[2] = 3

MOV X9, #4

STR X9, [X8, #24] // data[3] = 4

RET

ARM32 浮点寄存器（VFP/NEON）

VFP寄存器概览

ARM32的VFP（Vector Floating Point）提供浮点运算支持：

寄存器类型

数量

位宽

说明

S0-S31

32个

32位

单精度浮点

D0-D31

32个

64位

双精度浮点

Q0-Q15

16个

128位

NEON四字向量

VFP寄存器布局

ARM32 VFP/NEON 寄存器组织:

128位 Q寄存器:

┌────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐

│ Q0 (128位) │

├────────────────────────────────────────┬───────────────────────────────────────┤

│ D1 (64位) │ D0 (64位) │

├────────────────────┬───────────────────┼───────────────────┬───────────────────┤

│ S3 (32位) │ S2 (32位) │ S1 (32位) │ S0 (32位) │

└────────────────────┴───────────────────┴───────────────────┴───────────────────┘

寄存器别名关系:

- Q0 = D1:D0 = S3:S2:S1:S0

- Q1 = D3:D2 = S7:S6:S5:S4

- ...

- Q15 = D31:D30 = S63:S62:S61:S60 (注: S32-S63仅在某些实现中可用)

VFP寄存器保存规则（AAPCS）

寄存器

保存责任

说明

S0-S15 / D0-D7

Caller-saved

参数和临时寄存器

S16-S31 / D8-D15

Callee-saved

被调用者必须保存

D16-D31

Caller-saved

仅NEON可用，VFPv3-D32

VFP 寄存器分类:

Caller-saved (参数/临时):

│ S0-S15 / D0-D7 / Q0-Q3 │

│ 用于浮点参数传递和临时计算 │

Callee-saved (必须保存):

│ S16-S31 / D8-D15 / Q4-Q7 │

│ 函数必须保存和恢复这些寄存器 │

Caller-saved (NEON扩展):

│ D16-D31 / Q8-Q15 │

│ 仅在VFPv3-D32/NEON中可用 │

浮点参数传递（硬浮点）

参数类型

寄存器

说明

float (前16个)

S0-S15

单精度浮点寄存器

double (前8个)

D0-D7

双精度浮点寄存器

超出数量

栈

按8字节对齐入栈

@ 硬浮点参数传递示例

@ float add_floats(float a, float b, float c, float d)

@ 参数: S0=a, S1=b, S2=c, S3=d

@ 返回: S0

add_floats:

VADD.F32 S0, S0, S1 @ S0 = a + b

VADD.F32 S0, S0, S2 @ S0 += c

VADD.F32 S0, S0, S3 @ S0 += d

BX LR

@ double add_doubles(double a, double b)

@ 参数: D0=a, D1=b

@ 返回: D0

add_doubles:

VADD.F64 D0, D0, D1 @ D0 = a + b

BX LR

保存VFP寄存器

@ 保存和恢复VFP callee-saved寄存器

function_using_vfp:

PUSH {R4-R11, LR} @ 保存整数寄存器

VPUSH {D8-D15} @ 保存VFP callee-saved寄存器 (64字节)

@ 函数体，可以自由使用D0-D7和D8-D15

VPOP {D8-D15} @ 恢复VFP寄存器

POP {R4-R11, PC} @ 恢复整数寄存器并返回

ARM64 SIMD/FP寄存器（V0-V31）

SIMD/FP寄存器概览

ARM64提供32个128位SIMD/FP寄存器，支持多种数据视图：

寄存器视图

位宽

说明

Bn (B0-B31)

8位

字节

Hn (H0-H31)

16位

半精度浮点

Sn (S0-S31)

32位

单精度浮点

Dn (D0-D31)

64位

双精度浮点

Qn (Q0-Q31)

128位

四字

Vn (V0-V31)

128位

向量（带元素访问）

SIMD/FP寄存器位布局

ARM64 SIMD/FP 寄存器组织:

128位 V寄存器:

│ V0 (128位 / Q0) │

│ 高64位 │ D0 (64位) │

├────────────────────────────────────────┼───────────────────────────────────────┤

│ │ S0 (32位) │

│ │ H0 (16位) │

│ │ B0 (8位) │

└────────────────────────────────────────┴───────────────────────────────────────┘

向量元素访问:

V0.16B = 16个8位元素

V0.8H = 8个16位元素

V0.4S = 4个32位元素

V0.2D = 2个64位元素

V0.8B = 低64位的8个8位元素

V0.4H = 低64位的4个16位元素

V0.2S = 低64位的2个32位元素

V0.1D = 低64位的1个64位元素

SIMD/FP寄存器保存规则（AAPCS64）

寄存器

保存责任

说明

V0-V7

Caller-saved

参数和返回值寄存器

V8-V15

Callee-saved

仅低64位需要保存

V16-V31

Caller-saved

临时寄存器

重要：V8-V15的callee-saved规则仅适用于低64位（D8-D15），高64位不需要保存。

ARM64 SIMD/FP 寄存器分类:

Caller-saved (参数/返回值):

│ V0-V7 (完整128位) │

│ 用于浮点/SIMD参数传递和返回值 │

Callee-saved (仅低64位):

│ V8-V15 的低64位 (D8-D15) │

│ 函数必须保存和恢复这些寄存器的低64位 │

│ 高64位不需要保存！ │

Caller-saved (临时):

│ V16-V31 (完整128位) │

│ 临时寄存器，函数可自由使用 │

浮点参数传递

参数类型

寄存器

说明

float

S0-S7

单精度浮点

double

D0-D7

双精度浮点

128位向量

V0-V7

SIMD向量

超出数量

栈

按自然对齐入栈

注意：浮点参数和整数参数独立计数！

// 混合参数示例

// double mixed(long n, double x, long m, double y)

// 整数参数: X0=n, X1=m

// 浮点参数: D0=x, D1=y (独立计数)

mixed:

SCVTF D2, X0 // D2 = (double)n

SCVTF D3, X1 // D3 = (double)m

FMUL D2, D2, D0 // D2 = n * x

FMUL D3, D3, D1 // D3 = m * y

FADD D0, D2, D3 // D0 = n*x + m*y

RET

保存SIMD/FP寄存器

// 保存和恢复SIMD callee-saved寄存器

function_using_simd:

STP X29, X30, [SP, #-80]! // 保存FP和LR

MOV X29, SP

// 保存SIMD callee-saved寄存器（仅低64位）

STP D8, D9, [SP, #16]

STP D10, D11, [SP, #32]

STP D12, D13, [SP, #48]

STP D14, D15, [SP, #64]

// 函数体，可以自由使用V0-V31

// 恢复SIMD寄存器

LDP D8, D9, [SP, #16]

LDP D10, D11, [SP, #32]

LDP D12, D13, [SP, #48]

LDP D14, D15, [SP, #64]

LDP X29, X30, [SP], #80

RET

SIMD向量操作示例

// 向量加法: void vadd_f32(float* dst, float* a, float* b, long n)

vadd_f32:

.loop:

CMP X3, #4

B.LT .scalar

// 向量处理（4个float一次）

LD1 {V0.4S}, [X1], #16 // 加载4个float从a

LD1 {V1.4S}, [X2], #16 // 加载4个float从b

FADD V0.4S, V0.4S, V1.4S // 向量加法

ST1 {V0.4S}, [X0], #16 // 存储结果到dst

SUB X3, X3, #4

B .loop

.scalar:

CBZ X3, .done

LDR S0, [X1], #4

LDR S1, [X2], #4

FADD S0, S0, S1

STR S0, [X0], #4

SUB X3, X3, #1

B .scalar

.done:

RET

状态寄存器

ARM32 CPSR（当前程序状态寄存器）

CPSR是ARM32的主要状态寄存器，包含条件标志、控制位和模式信息：

ARM32 CPSR 寄存器位布局:

位: 31 30 29 28 27 26 25 24 23 20 19 16 15 10 9 8 7 6 5 4 0

┌──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬────────┬──────────┬──────────┬──┬──┬──┬──┬──┬─────┐

│N │Z │C │V │Q │IT│J │ │ GE │ │ IT │E │A │I │F │T │Mode │

└──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴────────┴──────────┴──────────┴──┴──┴──┴──┴──┴─────┘

条件标志（Condition Flags）

位

标志

名称

说明

负数标志（Negative）

结果为负数（最高位为1）

零标志（Zero）

结果为零

进位标志（Carry）

无符号运算产生进位/借位

溢出标志（Overflow）

有符号运算溢出

饱和标志（Saturation）

饱和运算发生饱和

控制位

位

标志

名称

说明

大端模式（Endianness）

0=小端，1=大端

异步中止禁用

禁用异步中止

IRQ禁用

禁用IRQ中断

FIQ禁用

禁用FIQ中断

Thumb状态

0=ARM状态，1=Thumb状态

4-0

Mode

处理器模式

User/FIQ/IRQ/SVC/ABT/UND/SYS

条件码与标志关系

条件码

后缀

含义

测试的标志

0000

等于

Z = 1

0001

不等于

Z = 0

0010

CS/HS

进位/无符号高于等于

C = 1

0011

CC/LO

无进位/无符号低于

C = 0

0100

负数

N = 1

0101

正数或零

N = 0

0110

溢出

V = 1

0111

无溢出

V = 0

1000

无符号高于

C = 1 且 Z = 0

1001

无符号低于等于

C = 0 或 Z = 1

1010

有符号大于等于

N = V

1011

有符号小于

N ≠ V

1100

有符号大于

Z = 0 且 N = V

1101

有符号小于等于

Z = 1 或 N ≠ V

1110

总是（默认）

无条件

ARM64 PSTATE（处理器状态）

ARM64使用PSTATE替代CPSR，通过特殊寄存器访问：

ARM64 PSTATE 组成:

│ NZCV │ 条件标志 (N, Z, C, V) │

├──────────────┼──────────────────────────────────────────────────────────────────┤

│ DAIF │ 中断掩码 (D=调试, A=SError, I=IRQ, F=FIQ) │

│ CurrentEL │ 当前异常级别 (EL0/EL1/EL2/EL3) │

│ SPSel │ 栈指针选择 (SP_EL0 或 SP_ELx) │

│ PAN │ 特权访问禁止 │

│ UAO │ 用户访问覆盖 │

NZCV寄存器

位

标志

说明

负数标志

零标志

进位标志

溢出标志

// 读取和设置条件标志

MRS X0, NZCV // 读取NZCV到X0

MSR NZCV, X0 // 设置NZCV从X0

// 条件分支

CMP X0, X1 // 设置条件标志

B.EQ equal // 如果相等则跳转

B.NE not_equal // 如果不等则跳转

B.GT greater // 如果大于则跳转

B.LT less // 如果小于则跳转

调用约定中的寄存器分类

ARM32 AAPCS 寄存器分类

Caller-saved（调用者保存/易失性）寄存器

函数调用后可能被修改，调用者需要保存：

类别

寄存器

用途

参数寄存器

R0, R1, R2, R3

整数/指针参数

返回值

R0, R1

整数返回值

临时寄存器

R12 (IP)

过程内调用暂存

浮点参数

S0-S15 / D0-D7

浮点参数（硬浮点）

浮点返回值

S0 / D0

浮点返回值

Callee-saved（被调用者保存/非易失性）寄存器

函数必须保持这些寄存器的值不变：

类别

寄存器

用途

变量寄存器

R4-R8, R10-R11

通用变量寄存器

帧指针

R11 (FP)

栈帧基址（ARM状态）

Thumb帧指针

栈帧基址（Thumb状态）

浮点

S16-S31 / D8-D15

浮点变量寄存器

graph TD

subgraph "ARM32 AAPCS - Caller-saved"

A1[R0-R3 - 参数/返回值]

A2[R12 - 临时]

A3[S0-S15/D0-D7 - 浮点参数]

end

subgraph "ARM32 AAPCS - Callee-saved"

B1[R4-R8 - 变量]

B2[R10-R11 - 变量/帧指针]

B3[S16-S31/D8-D15 - 浮点变量]

end

subgraph "ARM32 AAPCS - 特殊"

C1[R9 - 平台相关]

C2[R13/SP - 栈指针]

C3[R14/LR - 链接寄存器]

C4[R15/PC - 程序计数器]

end

ARM64 AAPCS64 寄存器分类

Caller-saved（调用者保存/易失性）寄存器

类别

寄存器

用途

参数寄存器

X0-X7

整数/指针参数

返回值

X0, X1

整数返回值

间接结果

大结构体返回地址

临时寄存器

X9-X15

可自由使用

PLT暂存

X16, X17

过程链接表使用

浮点参数

V0-V7

浮点/SIMD参数

浮点返回值

浮点临时

V16-V31

可自由使用

Callee-saved（被调用者保存/非易失性）寄存器

类别

寄存器

用途

变量寄存器

X19-X28

通用变量寄存器

帧指针

X29 (FP)

栈帧基址

浮点

V8-V15 (低64位)

仅低64位需要保存

graph TD

subgraph "ARM64 AAPCS64 - Caller-saved"

A1[X0-X7 - 参数/返回值]

A2[X8 - 间接结果]

A3[X9-X15 - 临时]

A4[X16-X17 - PLT暂存]

A5[V0-V7 - 浮点参数]

A6[V16-V31 - 浮点临时]

end

subgraph "ARM64 AAPCS64 - Callee-saved"

B1[X19-X28 - 变量]

B2[X29/FP - 帧指针]

B3[V8-V15低64位 - 浮点变量]

end

subgraph "ARM64 AAPCS64 - 特殊"

C1[X18 - 平台保留]

C2[X30/LR - 链接寄存器]

C3[SP - 栈指针]

C4[XZR - 零寄存器]

end

ARM32与ARM64寄存器对比

通用寄存器对比

特性

ARM32

ARM64

通用寄存器数量

16个 (R0-R15)

31个 (X0-X30) + SP + XZR

寄存器位宽

32位

64位 (可用32位视图W0-W30)

参数寄存器

R0-R3 (4个)

X0-X7 (8个)

返回值寄存器

R0-R1

X0-X1

被调用者保存

R4-R11

X19-X28

链接寄存器

R14 (LR)

X30 (LR)

帧指针

R11 (FP)

X29 (FP)

栈指针

R13 (SP)

SP (独立寄存器)

程序计数器

R15 (PC，可直接访问)

PC (不可直接访问)

零寄存器

无

XZR/WZR

栈对齐

8字节

16字节

寄存器映射建议（ARM32到ARM64迁移）

ARM32

ARM64

说明

R0-R3

X0-X3

参数/返回值

R4-R10

X19-X25

Callee-saved

R11 (FP)

X29 (FP)

帧指针

R12 (IP)

X16/X17

临时寄存器

R13 (SP)

栈指针

R14 (LR)

X30 (LR)

链接寄存器

R15 (PC)

使用ADR/BL

浮点/SIMD寄存器对比

特性

ARM32 (VFP/NEON)

ARM64 (SIMD/FP)

寄存器数量

32个64位 (D0-D31) 或 16个128位 (Q0-Q15)

32个128位 (V0-V31)

最大向量宽度

128位

128位 (SVE可达2048位)

浮点参数

S0-S15/D0-D7

V0-V7

浮点返回值

S0/D0

被调用者保存

D8-D15

V8-V15 (仅低64位)

寄存器视图

S/D/Q

B/H/S/D/Q/V

寄存器视图对比:

ARM32:

│ Q0 (128位) │

│ D1 (64位) │ D0 (64位) │

│ S3 (32位) │ S2 (32位) │ S1 (32位) │ S0 (32位) │

ARM64:

│ V0 / Q0 (128位) │

│ 高64位 │ D0 (64位) │

│ │ S0 (32位) │

│ │ H0 (16位) │

│ │ B0 (8位) │

寄存器使用最佳实践

ARM32函数序言中的寄存器保存

@ 需要使用R4-R8的函数

my_function:

@ 保存callee-saved寄存器和LR

PUSH {R4-R8, LR} @ 保存6个寄存器 (24字节)

@ 如果需要VFP寄存器

VPUSH {D8-D11} @ 保存4个双精度寄存器 (32字节)

@ 分配局部变量空间（保持8字节对齐）

SUB SP, SP, #16

@ 函数体...

@ 可以自由使用 R4-R8, D8-D11

@ 释放局部变量空间

ADD SP, SP, #16

@ 恢复VFP寄存器

VPOP {D8-D11}

@ 恢复寄存器并返回

POP {R4-R8, PC}

ARM64函数序言中的寄存器保存

// 需要使用X19-X22和D8-D9的函数

my_function:

// 保存FP和LR，分配栈空间

STP X29, X30, [SP, #-64]!

MOV X29, SP

// 保存callee-saved整数寄存器

STP X19, X20, [SP, #16]

STP X21, X22, [SP, #32]

// 保存SIMD callee-saved寄存器（仅低64位）

STP D8, D9, [SP, #48]

// 函数体...

// 可以自由使用 X19-X22, D8-D9

// 恢复SIMD寄存器

LDP D8, D9, [SP, #48]

// 恢复整数寄存器

LDP X19, X20, [SP, #16]

LDP X21, X22, [SP, #32]

// 恢复FP和LR

LDP X29, X30, [SP], #64

RET

寄存器选择建议

场景

ARM32推荐

ARM64推荐

原因

循环计数器

R4-R6

X19-X21

Callee-saved，跨调用保持

数组指针

R4-R6

X19-X21

Callee-saved，跨调用保持

临时计算

R0-R3, R12

X0-X15

Caller-saved，无需保存

长期保存值

R4-R11

X19-X28

Callee-saved

浮点计算

S0-S15/D0-D7

V0-V7, V16-V31

Caller-saved

浮点长期值

D8-D15

Callee-saved

寄存器快速参考表

ARM32通用寄存器速查

寄存器

别名

AAPCS用途

保存规则

参数1/返回值

Caller

参数2/返回值高位

Caller

参数3

Caller

参数4

Caller

变量寄存器

Callee

变量寄存器

Callee

变量寄存器

Callee

变量/Thumb FP

Callee

变量寄存器

Callee

v6/SB/TR

平台相关

平台定义

R10

变量寄存器

Callee

R11

v8/FP

帧指针

Callee

R12

临时暂存

Caller

R13

栈指针

特殊

R14

链接寄存器

特殊

R15

程序计数器

特殊

ARM64通用寄存器速查

寄存器

32位视图

AAPCS64用途

保存规则

参数1/返回值

Caller

参数2/返回值扩展

Caller

参数3

Caller

参数4

Caller

参数5

Caller

参数6

Caller

参数7

Caller

参数8

Caller

间接结果

Caller

X9-X15

W9-W15

临时寄存器

Caller

X16

W16 (IP0)

PLT暂存1

Caller

X17

W17 (IP1)

PLT暂存2

Caller

X18

W18

平台保留

平台定义

X19-X28

W19-W28

变量寄存器

Callee

X29

W29 (FP)

帧指针

Callee

X30

W30 (LR)

链接寄存器

特殊

WSP

栈指针

特殊

XZR

WZR

零寄存器

特殊

ARM32 VFP寄存器速查

寄存器

别名

用途

保存规则

S0-S15

D0-D7

浮点参数/返回值

Caller

S16-S31

D8-D15

浮点变量

Callee

D16-D31

Q8-Q15

NEON临时

Caller

ARM64 SIMD/FP寄存器速查

寄存器

用途

保存规则

V0-V7

浮点参数/返回值

Caller

V8-V15

浮点变量

Callee (仅低64位)

V16-V31

临时寄存器

Caller

代码示例

示例1：ARM32寄存器保存和恢复

@ 使用多个callee-saved寄存器的函数

@ int compute(int* data, int len)

.text

.global compute

compute:

@ 函数序言 - 保存callee-saved寄存器

PUSH {R4-R7, LR} @ 保存5个寄存器 (20字节)

SUB SP, SP, #4 @ 对齐到8字节 (24字节总计)

@ 参数: R0 = data, R1 = len

MOV R4, R0 @ R4 = data指针

MOV R5, R1 @ R5 = 长度

MOV R6, #0 @ R6 = 索引

MOV R7, #0 @ R7 = 累加器

.loop:

CMP R6, R5

BGE .done

LDR R0, [R4, R6, LSL #2] @ R0 = data[i]

ADD R7, R7, R0 @ 累加

ADD R6, R6, #1 @ i++

B .loop

.done:

MOV R0, R7 @ 返回累加结果

@ 函数尾声 - 恢复callee-saved寄存器

ADD SP, SP, #4

POP {R4-R7, PC}

.size compute, .-compute

示例2：ARM64寄存器保存和恢复

// 使用多个callee-saved寄存器的函数

// long compute(long* data, long len)

.text

.global compute

compute:

// 函数序言 - 保存callee-saved寄存器

STP X29, X30, [SP, #-48]!

MOV X29, SP

STP X19, X20, [SP, #16]

STP X21, X22, [SP, #32]

// 参数: X0 = data, X1 = len

MOV X19, X0 // X19 = data指针

MOV X20, X1 // X20 = 长度

MOV X21, #0 // X21 = 索引

MOV X22, #0 // X22 = 累加器

.loop:

CMP X21, X20

B.GE .done

LDR X0, [X19, X21, LSL #3] // X0 = data[i]

ADD X22, X22, X0 // 累加

ADD X21, X21, #1 // i++

B .loop

.done:

MOV X0, X22 // 返回累加结果

// 函数尾声 - 恢复callee-saved寄存器

LDP X19, X20, [SP, #16]

LDP X21, X22, [SP, #32]

LDP X29, X30, [SP], #48

RET

.size compute, .-compute

示例3：ARM32 VFP浮点运算

@ 向量点积计算（使用VFP）

@ float dot_product(float* a, float* b, int n)

.text

.global dot_product

.fpu vfpv3

dot_product:

PUSH {R4-R6, LR}

VPUSH {D8} @ 保存D8用于累加

MOV R4, R0 @ R4 = a

MOV R5, R1 @ R5 = b

MOV R6, R2 @ R6 = n

VMOV.F32 S16, #0.0 @ S16 = 累加器 = 0

.loop:

CMP R6, #0

BLE .done

VLD1.32 {D0[0]}, [R4]! @ 加载a[i]到S0

VLD1.32 {D1[0]}, [R5]! @ 加载b[i]到S2

VMUL.F32 S0, S0, S2 @ S0 = a[i] * b[i]

VADD.F32 S16, S16, S0 @ 累加

SUB R6, R6, #1

B .loop

.done:

VMOV.F32 S0, S16 @ 返回值在S0

VPOP {D8}

POP {R4-R6, PC}

.size dot_product, .-dot_product

示例4：ARM64 SIMD向量运算

// 向量点积计算（使用SIMD）

// double dot_product(double* a, double* b, long n)

.text

.global dot_product

dot_product:

STP X29, X30, [SP, #-32]!

MOV X29, SP

STP D8, D9, [SP, #16] // 保存D8-D9

MOV X3, X0 // X3 = a

MOV X4, X1 // X4 = b

MOV X5, X2 // X5 = n

MOVI D8, #0 // D8 = 累加器 = 0

.loop_vec:

CMP X5, #2

B.LT .loop_scalar

// 向量处理（2个double一次）

LD1 {V0.2D}, [X3], #16 // 加载2个double从a

LD1 {V1.2D}, [X4], #16 // 加载2个double从b

FMUL V0.2D, V0.2D, V1.2D // 向量乘法

FADDP D9, V0.2D // 水平加法

FADD D8, D8, D9 // 累加

SUB X5, X5, #2

B .loop_vec

.loop_scalar:

CBZ X5, .done

// 标量处理

LDR D0, [X3], #8

LDR D1, [X4], #8

FMUL D0, D0, D1

FADD D8, D8, D0

SUB X5, X5, #1

B .loop_scalar

.done:

FMOV D0, D8 // 返回值在D0

LDP D8, D9, [SP, #16]

LDP X29, X30, [SP], #32

RET

.size dot_product, .-dot_product

示例5：混合整数和浮点参数

// ARM64: 混合参数函数

// double calculate(long n, double x, long m, double y, long k)

// 整数参数: X0=n, X1=m, X2=k

// 浮点参数: D0=x, D1=y (独立计数)

// 返回: D0 = n*x + m*y + k

.text

.global calculate

calculate:

// 将整数转换为双精度浮点

SCVTF D2, X0 // D2 = (double)n

SCVTF D3, X1 // D3 = (double)m

SCVTF D4, X2 // D4 = (double)k

// 计算 n*x + m*y + k

FMUL D2, D2, D0 // D2 = n * x

FMUL D3, D3, D1 // D3 = m * y

FADD D0, D2, D3 // D0 = n*x + m*y

FADD D0, D0, D4 // D0 += k

RET

.size calculate, .-calculate

平台特定寄存器用途

R9/X18 平台寄存器

R9（ARM32）和X18（ARM64）是平台保留寄存器，不同操作系统有不同用途：

平台

ARM32 R9

ARM64 X18

说明

Linux (通用)

v6 (通用)

通用

可作为通用寄存器使用

Linux (PIC)

SB (静态基址)

位置无关代码使用

iOS/macOS

保留

系统保留，不可使用

Windows on ARM

保留

TEB指针

线程环境块

Android

通用

可作为通用寄存器使用

RTOS

TR (线程寄存器)

线程指针

线程本地存储

Apple平台特殊规则

Apple平台（iOS、macOS、watchOS、tvOS）对ARM寄存器有额外限制：

寄存器

Apple规则

说明

X18

禁止使用

系统保留

X29 (FP)

必须使用

帧指针必须有效

X30 (LR)

标准

链接寄存器

// Apple平台函数示例

// 必须建立有效的帧指针链

apple_function:

STP X29, X30, [SP, #-16]! // 必须保存FP和LR

MOV X29, SP // 必须建立帧指针

// 函数体...

// 注意：不要使用X18！

LDP X29, X30, [SP], #16

RET

Linux平台TLS访问

// ARM64 Linux: 通过TPIDR_EL0访问线程本地存储

MRS X0, TPIDR_EL0 // 读取TLS基址

LDR X1, [X0, #offset] // 访问TLS变量

// ARM32 Linux: 通过协处理器访问TLS

MRC p15, 0, R0, c13, c0, 3 // 读取TLS基址

LDR R1, [R0, #offset] // 访问TLS变量

参考资料

官方规范文档

Procedure Call Standard for the ARM Architecture (AAPCS) - ARM32调用约定

Procedure Call Standard for the ARM 64-bit Architecture (AAPCS64) - ARM64调用约定

ARM Architecture Reference Manual (ARMv7-A/R) - ARM32架构参考手册

ARM Architecture Reference Manual (ARMv8-A) - ARM64架构参考手册