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  • arm的汇编指令及特点

    指令和伪指令:前者编译后会生成一串1和0组成的机器码,后者帮助前者进行编译过程,不会生成机器码。

    ARM汇编特点1:LDR/STR架构
    ARM采用RISC架构,CPU本身不能直接读取内存,而需要先将内存中内容加载入CPU中通用寄存器中才能被CPU处理。
    ldr(load register)指令将内存内容加载入通用寄存器。
    str(store register)指令将寄存器内容存入内存空间中。
    ldr/str组合用来实现 ARM CPU和内存数据交换  

    (这两个指令只能在寄存器和内存之间进行)

    ARM汇编特点2:8种寻址方式

    寄存器寻址                mov r1, r2
    立即寻址        mov r0, #0xFF00

    寄存器移位寻址      mov r0, r1, lsl #3(r1先左移3位再赋给r0)
    寄存器间接寻址      ldr r1, [r2]  (r2加一个[]后表示一个内存地址)
    基址变址寻址         ldr r1, [r2, #4](r2加4的内存地址)
    多寄存器寻址         ldmia r1!, {r2-r7, r12}(r1有初始值,将r2到r7,r12的值传入相应的地址,每次传输之后递增r1指向的存储地址,因为是32位,每次递增的地址应该是4bytes)
    堆栈寻址               stmfd sp!, {r2-r7, lr}

    相对寻址               beq flag
        flag:      (这是个标号)

    ARM汇编特点3:指令后缀

    同一指令经常附带不同后缀,变成不同的指令。经常使用的后缀有:
    B(byte)功能不变,操作长度变为8位
    H(half word)功能不变,长度变为16位
    S(signed)功能不变,操作数变为有符号
    如 ldr ldrb ldrh ldrsb ldrsh
    S(S标志)功能不变,影响CPSR标志位
    如 mov和movs movs r0, #0    (mov不会改变cpsr中的标志位,要让标志位变化需使用movs)

    ARM汇编特点4:条件执行后缀

    如果后缀条件满足才执行。
    例如:
    mov r0, r1     //r0 = r1
    moveq r0,r1  // if(eq) r0 =r1(上一条指令如果使cpsr中的标志位置或则进行这条语句)
    条件后缀执行注意:条件后缀是否成立,不是取决于本句代码,而是取决于这句代码之前的代码运行后的结果。

    ARM汇编特点5:多级指令流水线

     

    n级就会有PC-2^n

    数据处理指令

    数据传输指令

    mov (move)

    mov r1, r0     @两个寄存器之间数据传递 r1 = r0
    mov r1, #0xFF   @将立即数赋值给寄存器 r1 = 0xFF
    mvn 用法和mov一样,区别是mvn是按位取反后传递

    例如:r1 = 0xF0,执行mov r0, r1 后 r0 = 0xF0
             执行mvn r0, r1 后 r0 = 0x0F
    算术指令

    add 加法指令add r2, r0, r1     @(r2 = r0+r1)
    sub 减法指令sub r2, r0, r1     @(r2 = r0 - r1)
    rsb 逆向减法指令 rsb r2,r0,r1     @(r1 = r1 - r0)
    adc 带进位加法指令

    sbc 带借位减法指令
    rsc 带借位的逆向减法指令

    逻辑指令

    and 逻辑与
    orr 逻辑或         ORR   R0,R0,#3             @r0先与3相或,在把值赋给r0
    eor 逻辑异或
    bic 位清除指令 (bic r0, r1, #0x1F @将r1中的数的bit0到bit4清零后赋值给r0 )

    比较指令

    cmp   cmp r0, r1   @(r0 - r1 = 0?)
    cmn   cmn r0, r1   @(r0 + r1 = 0?)
    tst     tst r0, 0x0f   @测试r0的bit0-bit3是否全为0
    teq      teq r0,r1     @P = r0 EOR r1
    比较指令不用后加S 就能影响CPSR中的标志位。

    乘法指令

    mvl mla umull umlal smull smlal 都不常用,这里只作为知识点罗列。

    前导零计数

    clz 计算返回操作数二进制编码中第一个1前0的个数

    CPSR访问指令(不可用mov访问)

    mrs & msr

    mrs 用来读psr (cpsr&spsr)
    msr 用来写psr

    mrs r0, cpsr     将cpsr的值读入到r0中
    ……………… 处理r0的值
    msr cpsr, r0     将r0的值写入到cpsr中

    cpsr : 程序状态寄存器,CPU中只有一个,记录程序运行状态
    spsr:CPU中有五个,分别在五种异常模式下,作用是从普通模式进入异常模式时,用来保存之前普通模式下的cpsr的,在返回普通模式时恢复原来的cpsr。

    跳转指令

    b & bl &bx

    b 直接跳转
    bl (branch and link) 跳转前把返回地址存在lr寄存器中,以便返回。
    bx 跳转同时切换到ARM模式,一般用于异常处理的跳转。

    访存指令

    ldr/srt & ldm/stm & swp

    单个字/半字/字节访问 ldr/str
    多字批量访问 ldm/stm
    swp r1, r2, [r0] 内存和寄存器交换指令,将r0所指向内存中的数据写入r1,并将r2中的数据写入到r0所指向的内存。
    swp r1, r1, [r0] 互换(将r0所指向内存中的数据写入第一个r1,将第二个r1中的数据写入到r0所指向的内存。)

    软中断指令

    swi (software interrupt) 用来实现操作系统中的系统调用。

    汇编中的立即数

    ARM指令都是32位,除了指令标记和操作标记外,本身只能附带很少位数的立即数,因此立即数有合法和非法之分。

    合法立即数:经过任意位数的移位后非零部分可以用8位标识的即为合法立即数(非零部分少于等于8位,0x000000ff 是合法立即数,0x00ff0000是合法立即数,0xf000000f循环移位之后仍然是合法立即数,0x000001ff是非法立即数)

    协处理器以及协处理器指令

    什么是协处理器

    Soc内部另一处理核心,协助CPU实现某些功能,被主CPU调用执行一定的任务。CP15 (cooperation processor)
    协处理器和MMU、cache、TLB等处理有关,功能上和操作系统的虚拟地址映射、cache等的管理有关。

    协处理器访问指令

    mcr & mrc

    mrc 用于读取CP15中的寄存器
    mcr 用于写CP15中的寄存器

    Rd:ARM的普通寄存器,不能是r15/pc
    Crn:cp15的寄存器,合法值为c0 - c15
    Crm:cp15的寄存器,一般均为c0

    举例:

    mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0
    mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0    (查阅cp15协处理器的作用位,存入PC中的都是指令,不可以是内容)

    例2:

    此例子用于打开mmu(on,所有地址为虚拟地址;off,所有地址为实地址)
    mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0
    orr r0, r0, #1
    mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0

    ldm/stm与栈的处理

    ldr/str每周期只能访问4个字节内存,如果需要批量读取,写入内存时太慢,这个时候就要用ldm/stm (load register mutiplt / store register mutiplt)

    多寄存器访问举例
    stmia sp, {r0-r12}

    将r0存入sp指向的内存处,然后地址+4,将r1存入内存,然后地址再+4……直到将r12内容存入内存。
    栈类型

    空栈:栈指针指向空位,每次存入时可以直接存入然后栈指针移动一格;而取出时需要先移动一格才能取出(用完之后都得移动)
    满栈:栈指针指向栈中最后一格数据,每次存入时需要先移动栈指针一格再存入;取出时可以直接取出,然后再移动栈指针(用完之后都得移动)
    增栈:栈指针移动时向地址增加的方向移动的栈
    减栈:栈指针移动时向地址减小的方向移动的栈

    因此有四种栈类型:空增栈,空减栈,满增栈,满减栈。

    八种后缀

    后缀 意义
    ia (increase after) 先传输,再地址+4
    ib (increase before) 先地址+4,再传输
    da (decrease after) 先传输,再地址-4
    db (decreade before) 先地址-4,再传输
    fd (full decrease) 满减栈
    ed (empty decrease) 空减栈
    fa 满增栈
    ea 空增栈
    操作栈的时候使用相同的后缀,就会避免出错。

    !的作用

    ldmia r0, {r2-r3} @把r0指向的内存中的数据读入到r2中,然后内存地址+4再将+4后地址中的数据读入到r3中。指令执行完毕后r0中的值不变。
    ldmia r0!, {r2-r3} @把r0指向的内存中的数据读入到r2中,然后内存地址+4再将+4后地址中的数据读入到r3中。指令执行完毕后r0中的值变化(为r3内容的地址)。

    感叹号的作用就是r0的值在ldm过程中发生的增加或者减小最后写会到r0中。

    ^的作用

    ldmfd sp!, {r0-r6, pc}  (操作了八个寄存器)
    ldmfd sp!, {r0-r6, pc}^ (此项操作实际操作了9个寄存器,spsr->cpsr)
    ^:在目标寄存器中有pc时,会同时将spsr写入到cpsr,一般用在异常返回的时候。

    GNU汇编伪指令

    伪指令不是指令,伪指令和指令的根本区别是经过编译后会不会生成机器码。
    伪指令的意义在于指导编译过程。
    伪指令是和具体的编译器相关的,我们使用gnu工具链,因此学习gnu环境下的汇编伪指令。
    GNU汇编中的一些符号

    @ 行注释,可以在指令后边也可以在行首
    : 以冒号结束的是标号
    . 点号表示当前指令的地址
    立即数前面加#或者$,表示这是个立即数

    常见的gnu汇编伪指令

    伪指令 意义
    .globl _start 给_start外部链接属性
    .section .text 指定当前为代码段
    .ascii .byte .short .long .word .quad .float .string 定义数据
    .align 4 以16(2^4)字节内存地址对齐
    .balignl 16,0xABCDEF 16字节对齐填充
    .equ 类似于C中的宏定义
    .end 汇编文件的结束,不加无所谓
    .include 头文件包含
    .arm或者.code32 声明以下的代码为arm指令不是thumb指令
    .thumb或者.code16 声明以下的代码为thumb指令

    eg.

    .word 0xAABBFF 类似于C语言的 int AAAA = 0xAABBFF;

    .align 4 @ 16字节对齐
    .align 2 @ 4字节对齐

    .balignl 16, 0xABCDEF 对齐+填充,b表示位填充,最后的l表示long,16表示16字节对齐,0xABCDEF表示填充的原料。
    0x00000008 : .balignl 16, 0xABCDEF,
    0x0000000C: 0xABCDEF
    0x00000010: 下一条指令

    ldr 大范围的地址加载指令
    adr 小范围的地址加载指令
    adrl 中等范围的地址加载指令
    nop 空操作

    ARM中有一个ldr指令,还有一个ldr伪指令。两者的区别:
    ldr r0, #0xFF @ldr指令
    ldr r0, =0xFF @ldr伪指令 涉及到合法/非法立即数,还涉及到ARM文字池
    adr 和 ldr的差别:
    - adr编译时会被1条sub或add指令替代,而ldr编译时会被一条mov指令替代或者文字池方式处理;
    - adr总是以PC为基准来表示地址,因此指令本身和运行地址有关,可以用来检测程序当前的运行地址在哪里
    -ldr加载的地址和链接时给定的地址有关,由链接脚本决定。

     (部分参考朱友鹏老师)

     

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