ATPCS介绍
ATPCS（ARM-Thumb Produce Call Standard）是ARM程序和Thumb程序中子程序调用的基本规则，目的是为了使单独编译的C语言程序和汇编程序之间能够相互调用。这些基本规则包括子程序调用过程中寄存器的使用规则、数据栈的使用规则和参数的传递规则。
寄存器的使用规则
子程序间通过寄存器R0～R3来传递参数，这时，寄存器R0～R3可以记作A1～A4。被调用的子程序在返回前无需恢复寄存器R0～R3的内容；
在子程序中，使用寄存器R4～R11来保存局部变量。这时，寄存器 R4～R11可以记作V1～V8。如果在子程序中使用到了寄存器V1～V8中的某些寄存器，子程序进入时必须保存这些寄存器的值，在返回前必须恢复这些寄存器的值；对于子程序中没有用到的寄存器则不必进行这些操作。在Thumb程序中，通常只能使用寄存器R4～R7来保存局部变量；
寄存器R12用作子程序间的scratch寄存器（用于保存SP，在函数返回时使用该寄存器出栈），记作ip（Intra-Procedure-call Scratch Register；内部程序调用暂存寄存器）。在子程序间的连接代码段中常有这种使用规则；
寄存器R13用作数据栈指针，记作sp。在子程序中寄存器R13不能用作其他用途。寄存器sp在进入子程序时的值和退出子程序时的值必须相等；
寄存器R14称为链接寄存器，记作lr。它用于保存子程序的返回地址。如果在子程序中保存了返回地址，寄存器R14则可以用作其他用途；
寄存器R15是程序计数器，记作pc。它不能用作其他用途。
ATPCS中各寄存器的使用规则及其名称
寄存器 |
别名 |
特殊名 |
使用规则 |
R0 |
a1 |
参数/结果／scratch寄存器1 |
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R1 |
a2 |
参数/结果／scratch寄存器2 |
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R2 |
a3 |
参数/结果／scratch寄存器3 |
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R3 |
a4 |
参数/结果／scratch寄存器4 |
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R4 |
v1 |
ARM状态局部变量寄存器1 |
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R5 |
v2 |
ARM状态局部变量寄存器2 |
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R6 |
v3 |
ARM状态局部变量寄存器3 |
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R7 |
v4 |
wr |
ARM状态局部变量寄存器4 Thumb状态工作寄存器 |
R8 |
v5 |
ARM状态局部变量寄存器5 |
|
R9 |
v6 |
sb |
ARM状态局部变量寄存器6， 在支持RWPI的ATPCS中为静态基址寄存器 |
R10 |
v7 |
sl |
ARM状态局部变量寄存器7， 在支持数据栈检查的ATPCS中为数据栈限制指针 |
R11 |
v8 |
fp |
ARM状态局部变量寄存器8/帧指针 |
R12 |
ip |
子程序内部调用的scratch寄存器 |
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R13 |
sp |
数据栈指针 |
|
R14 |
lr |
连接寄存器 |
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R15 |
pc |
程序计数器 |
数据栈使用规则
满（FULL）栈
当堆栈指针指向栈顶元素，即指向最后一个入栈的数据元素时
空（EMPTY）栈
当堆栈指针指向与栈顶元素相邻的一个可用数据单元时
递减（DESCENDING）堆栈
当数据栈向内存地址减小的方向增长时
递增（ASCENDING）堆栈
当数据栈向内存地址增加的方向增长时，
- FD （Full Descending） 满递减
- ED （Empty Descending）空递减
- FA （Full Ascending） 满递增
- EA （Empty Ascending） 空递增
ATPCS规定数据栈为FD（满递减）类型。异常中断的处理程序可以使用中断程序的数据栈，但是要保证中断程序的数据栈足够大。
参数传递规则
参数个数固定的子程序参数传递规则
各个浮点参数按顺序处理；
为每个浮点参数分配FP寄存器。分配的方法是，满足该浮点参数需要的且编号最小的一组连续的FP寄存器。
第一个整数参数，通过寄存器R0～R3来传递。其他参数通过数据栈传递
参数个数可变的子程序参数传递规则
对于参数个数可变的子程序，当参数不超过4个时，可以使用寄存器R0~R3来传递参数；当参数超过4个时，还可以使用数据栈来传递参数；
在参数传递时，将所有参数看作是存放在连续的内存字单元中的字数据。然后，依次将各字数据传送到寄存器R0、Rl、R2、R3中，如果参数多于4个，将剩余的字数据传送到数据栈中，入栈的顺序与参数顺序相反，即最后一个字数据先入栈。
子程序结果返回规则
结果为一个32位的整数时，可以通过寄存器R0返回；
结果为一个64位整数时，可以通过寄存器R0和R1返回，依次类推；
结果为一个浮点数时，可以通过浮点运算部件的寄存器f0、d0或者s0来返回；
结果为复合型的浮点数(如复数)时，可以通过寄存器f0\fn或者d0\dn来返回。
对于位数更多的结果，需要通过内存来传递。
参考文献：
孟祥莲．嵌入式系统原理及应用教程（第2版）[M]．北京：清华大学出版社，2017.