寄存器：核心状态与调用约定

参考速查更新于 2026-10-03编辑本文

阅读寄存器名时，先确认指令集、运行模式和调用约定。x86-64、32 位 Arm A/R-profile 与 Cortex-M3 不能共用一张没有适用范围的寄存器表；CPU 核心寄存器也不同于通过总线访问的 GPIO、RCC 等外设寄存器。

x86 的通用寄存器与不同宽度

下表保留常见历史名称与用途，但“累加器、基址、计数器”等名称并不意味着它们只能执行那一种工作。哪些寄存器传参、哪些由被调用方保存，还取决于 ABI。

寄存器族	16 位	32 位	64 位	常见历史用途或特殊关系
累加器	AX	EAX	RAX	某些算术指令的隐含操作数；常用于整数返回值
基址	BX	EBX	RBX	通用数据或地址；保存义务由 ABI 规定
计数器	CX	ECX	RCX	某些循环、移位或字符串指令使用
数据	DX	EDX	RDX	某些乘除法及 I/O 指令使用
源索引	SI	ESI	RSI	字符串操作的源地址等
目标索引	DI	EDI	RDI	字符串操作的目标地址等
帧指针	BP	EBP	RBP	可用于栈帧定位，也可能被优化后用于其他用途
栈指针	SP	ESP	RSP	栈顶位置及隐含栈操作

这些通常是同一寄存器不同位宽的视图，并不是三组互不相关的存储。例如在常规 x86-64 模式下，写 EAX 会把 RAX 的高 32 位清零；写 AX 或 AL 不会自动清零其余位。

8 位名称包括 AL/AH、BL/BH、CL/CH、DL/DH。64 位模式还提供 SIL、DIL、BPL、SPL 及 R8B 等低字节视图；AH 等高字节寄存器与 REX 前缀存在编码限制，不能随意混用。

常规 x86-64 还增加 R8～R15，其低位视图例如 R8D、R8W、R8B。具体扩展是否可用应查目标 CPU 和工具链；此处不是所有新扩展寄存器的完整清单。

类别	名称	应怎样理解
代码段	CS	代码段选择与执行属性相关，不只是一个普通代码地址变量
数据与栈段	DS、ES、SS	保护模式中可见部分是段选择子；不是直接保存完整数据区或栈区地址
附加段	FS、GS	在 64 位模式下仍有可用于地址形成的段基址，常由系统用于线程相关数据
指令指针	EIP、RIP	与取指位置和控制转移相关，不能把它当作可随意 `mov` 写入的通用寄存器
状态与控制标志	FLAGS、EFLAGS、RFLAGS	包含条件状态及控制位，例如 ZF、CF；不是每条指令都更新所有标志
系统控制	CR0、CR2、CR3、CR4；64 位模式的 CR8	控制执行模式、分页等系统功能，访问受特权规则约束；CR1 保留
硬件调试	DR0、DR1、DR2、DR3、DR6、DR7	断点地址、状态与控制等调试功能
描述符表	GDTR、IDTR	包含相应描述符表的基址与界限
局部描述符与任务状态	LDTR、TR	可见部分为选择子，并配有处理器维护的描述符信息；不能只解释成普通地址寄存器

段机制随实模式、保护模式、64 位模式而变化。在常规 64 位代码中，不能把 32 位分段地址形成规则原样搬过来。系统寄存器的详细字段与访问权限应查 Intel 软件开发手册。

这里的 R0～R15 针对 32 位 Arm/Thumb 执行环境，不能直接替代 AArch64 的 X0～X30 等寄存器模型。

名称	核心角色与常见调用约定
R0～R3	AAPCS32 中通常用于参数、返回值或临时数据；不保证跨调用保留
R4～R8、R10、R11	AAPCS32 通常要求被调用方保留；R11 也可能用作 FP 帧指针
R9	平台相关，可作平台寄存器或被调用方保存的变量寄存器；不能一概当作任意临时寄存器
R12，IP	调用内部临时寄存器，链接器插入的代码也可能使用它
R13，SP	栈指针
R14，LR	普通子程序调用的链接/返回信息；嵌套调用前需要按约定保存仍有用的值
R15，PC	程序计数器；读取与写入规则受到具体指令和执行状态限制

“通用寄存器是 R0～R12”是寄存器分类；“参数放在哪、谁负责保存”是 ABI 规则。两者要分别理解。AAPCS32 公共调用接口要求栈保持 8 字节对齐，不能只压入一个 4 字节 LR 后就直接调用任意 C 函数。详见 Arm AAPCS32。

在经典 32 位 A/R-profile 环境中，可见 CPSR 当前状态寄存器，以及某些异常模式使用的 SPSR 保存状态寄存器。VFP 浮点和 NEON/Advanced SIMD 寄存器属于相应扩展，是否存在、数量与调用约定要看实现；它们不是每个 Arm 核心都具有的部件。

STM32F1 常见 Cortex-M3 核心的主要名称如下。它没有 NEON，也没有硬件 VFP 浮点单元；软件仍然可以通过软件例程完成浮点计算。

名称	作用
R0～R12	通用寄存器；调用保存规则仍需遵循所用 ABI
R13，SP	当前所用栈指针，关联 MSP 或 PSP
R14，LR	普通调用的返回信息；异常处理期间还可能保存特殊的异常返回编码
R15，PC	执行位置及控制转移
xPSR	组合表示应用状态、异常编号和执行状态等信息，不是 A/R-profile 的 CPSR
MSP	主栈指针；异常处理使用它
PSP	进程栈指针；线程模式可以选择使用它
PRIMASK	屏蔽可配置优先级异常；不能理解成关闭所有异常
BASEPRI	非零时按优先级阈值屏蔽相应异常；具体编码需结合已实现优先级位数
FAULTMASK	更强的异常屏蔽，仍不屏蔽 NMI
CONTROL	线程模式特权与栈选择等控制

这些寄存器可通过处理器指令或 CMSIS 核心寄存器接口访问；不要从 Cortex-M3 推断全部 Cortex-M 型号都实现 BASEPRI、FAULTMASK 或同样的字段。

CPU 的 R0、PC 等不是 GPIO 的输入、输出或模式寄存器。STM32 的 GPIO、RCC、USART、TIM、ADC 等外设通过芯片规定的地址映射访问，其寄存器布局由具体器件手册定义。