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ARM汇编指令

时间：2024-09-19 21:23:42浏览次数：10  
标签：汇编 0000 do ldr 指令 寄存器 r0 ARM

一、学习ARM汇编的目的

        学习arm汇编的主要目的是为了编写arm启动代码，启动代码启动以后，引导程序到c语言环境下运行。换句话说启动代码的目的是为了在处理器复位以后搭建c语言最基本的需求。因此启动代码的主要任务有：

  1. 初始化异常向量表；
  2. 初始化各工作模式的栈指针寄存器；
  3. 开启arm内核中断允许；
  4. 将工作模式设置为user模式；
  5. 完成上述工作后，引导程序进入c语言主函数执行；

因此汇编指令的学习主要是围绕这几个目的展开，主要学习跟上述目的相关的指令。

二、ARM汇编常用指令

1、mov指令

       加载12位立即数到寄存器或转移一个寄存器的值到另外一个寄存器

mov r0, #2 ;加载立即数2到寄存器r0，MOV{S}<c> <Rd>, #<const>

mov r1, r0 ;将r0寄存器的值加载到r1，MOV{S}<c> <Rd>, <Rm>

        大多数指令的格式为opcode rd, rn ，rm,其中，rd是目标寄存器，rn是第一操作数寄存器。

2、add指令

        常用的两种方式

ADD{S}<c> <Rd>, <Rn>, #<const>

ADD{S}<c> <Rd>, <Rn>, <Rm>{, <shift>}

3、sub指令

SUB{S}<c> <Rd>, <Rn>, #<const>

SUB{S}<c> <Rd>, <Rn>, <Rm>{, <shift>}

以上四条指令都有立即数作为第二操作数的情况，那么是什么立即数呢？准确的说这里所指的是12位立即数imm12。

三、立即数

1、判断条件

  • 如果某个数的数值范围是0~255之间，那么这个数一定是立即数；
  • 把某个数展开成2进制，这个数的最高位1至最低位1之间的二进制数序列的位数不能超过8位；
  • 这个数的二进制序列的右边必须为偶数个连续的 0

2、举例

0x234 = 0000 0000 0000 0000 0000 0010 0011 0100

最高位1至最低位1之间的二进制数序列：1000 1101没有超过8位

末尾1的右边有2个0，所以0x234是立即数

0x3f4 = 0000 0000 0000 0000 0000 0011 1111 0100

最高位1至最低位1之间的二进制数序列：1111 1101 从第一个1开始到最后一个1之间没有超过8位

末尾1的右边有2个0，所以0x3f4是立即数

0x132 = 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0011 0010

最高位1至最低位1之间的二进制数序列：1001 1001 从第一个1开始到最后一个1之间没有超过8位

末尾1的右边有1个0，不满足第二条，所以0x132不是立即数

0x7f8 = 0000 0000 0000 0000 0000 0111 1111 1000

最高位1至最低位1之间的二进制数序列：1111 1111从第一个1开始到最后一个1之间没有超过8位

末尾1的右边有3个0，不满足第二条，所以0x7f8不是立即数

0xfab4 = 0000 0000 0000 0000 1111 1010 1011 0100

最高位1至最低位1之间的二进制数序列：0011 1110 1010 1101 从第一个1开始到最后一个1之间超过8位，不满足条件1，所以这个数不是立即数

3、立即数判断原理

        因为ARM中将这 12bits 分为 8bit 常数（0~255）和 4bit 循环右移位值（0~15）

        8bit 常数范围（0～255），位移的步进值是以2为单位（即实际位移 2 * rotate 位），可以表示循环有以（0～30）偶数位： 0、2、4、6、8、10、12、14、16、18、20、22、24、26、28、30。在实际存储这个数值的时候，要想办法把这个数压缩到这12位中去。压缩的方法就是找一个数，这个数必须是一个8bit数，之后循环右移2 * rotate位。如果能找打这个数，那么待保存的数就是立即数，否则就不是。

四、非立即数存取指令

      如果我们就是希望把一个非立即数存进rn,做法如下：

1、ldr寄存器加载指令

LDR{<c>}{<q>} <Rt>, <label> ;如ldr r0, =0x2FAB4

ldr指令多用于从ram中将一个32位的字数据传送到目的寄存器中

LDR<c> <Rt>, [<Rn>{, #+/-<imm12>}] 如：

LDR   R0，[R1，＃8]             ；将内存地址为R1+8的字数据读入寄存器R0，这里的#8作为12位立即数是可以省略的

LDR<c> <Rt>, [<Rn>], #+/-<imm12> 如：

ldr r0, [r1], #8 ;将内存地址R1的字数据读入r0,之后r1+8

LDR<c> <Rt>, [<Rn>, #+/-<imm12>]! 如：

LDR   R0，[R1，＃8] ！          ；将存储器地址为R1+8的字数据读入寄存器R0，并将新地址R1＋8写入R1。

2、bic指定位清零指令

BIC{S}<c> <Rd>, <Rn>, #<const>；将rn中的字数据const为1的比特清零，把结果放入rd

3、orr指定位置位指令

ORR{S}<c> <Rd>, <Rn>, #<const>

五、CPSR寄存器得N,V,C,Z位        

1、n,v,c,z位的更新        

        汇编指令的s后缀，几乎所有的汇编指令都可以在指令后面加上s后缀，s后缀的含义是在指令执行过程中会更新cpsr寄存器的N,V,C,Z位

N：在结果是有符号的二进制补码情况下，如果结果为负数，则N=1；如果结果为非负数，则N=0

Z：如果结果为0，则Z=1;如果结果为非零，否则Z=0

C：是针对无符号数最高有效位向更高位进位时C=1；减法中运算结果的最高有效位从更高位借位时C=0

V：该位是针对有符号数的操作，会在下面两种情形变为1，两个最高有效位均为0的数相加，得到的结果最高有效位为1；两个最高有效位均为1的数相加，得到的结果最高有效位为0；除了这两种情况以外V位为0

例如：

mov r0, #0xFFFFFFFF

adds r1, r0, #1

上面的操作会导致Z，C置位，这是因为结果为0，并且从无符号数角度来看，已经从最高位向更高位进位了

而

mov r0. #0x7FFFFFFF

adds r1, r0, #1

会造成N位和C位置位，这是因为计算结果0x80000000最为位为1，代表负数，并且 从有符号角度来看，把一个整数加成了负数。

2、更新N,V,C,Z位的作用

       更新N,V,C,Z位有什么用呢？几乎所有的arm指令都可以在指令之后可选地增加执行条件

例如：movcs r0, #100;表示只有在C位置位的情况下才能把100加载入r0，这样的话就可以非常方便地实现指令的有条件执行。

例如：实现两个unsigned long long类型变量的求和，

unsigned long long l1 = 0x00000000FFFFFFFF;

unsigned long long l2 = 0x000000000000003;

很明显结果为0x0000000100000002

我们用r0装l1的高4字节，r1装l1的低四字节：

用r2装l2的高4字节，r3装l2的低四字节

用r4装结果的高4字节，r5装结果的低四字节

第6~7行：装入被加数

第8~9行：装入加数

第10~11行：清空装结果的变量

第12行：先加低四字节，这里因为考虑到进位问题，所以要更新N,V,C,Z位

第13行：之前的进位导致更高位数据的丢失，必须把这一位补回来，要不要补就看之前时候进位，进位标志是cs

六、其他指令

1、CMP比较指令

        用于比较两个寄存器的值或者比较一个寄存器和立即数的值，其原理是对待比较的两个数求差，看结果是否为0，这个指令会无条件修改N,V,C,Z位。

如：

mov r0, #100

cmp r0, #100

会导致Z置位，从条件码表可知，只要Z置位就是两数相等。

2、跳转指令b

b指令类似c语言的goto语句，能够实现无条件跳转。跳转时需要一个lable，表示要跳转到什么地方去

配合之前的条件码，就可以实现一些较为复杂的操作，例如实现从0加到100的和

这就是循环实现的机制

        事实上，程序跳转工作更多的是为了实现类似函数的功能，此时lable就是函数的函数名，其实lable本身代表的就是待跳转那一行指令的地址，b指令本质上就是把待跳转那行的地址装入pc寄存器，但是函数在调用完毕之后要回到调用处的下一行指令处执行，为了能够回到调用的下一行，需要使用bl指令。bl和b之间的区别就在于bl会在lr寄存器中保存回来的地址。        

3、栈的实现类型

2440实现保护和恢复现场使用的栈是数组栈，即用一段连续的内存空间为栈提供空间。从数组栈的具体实现来看入栈的方式有四种做法：

  • 空增：先写入数据，再让栈指针自增；
  • 空减：先写入数据，再让栈指针自减；
  • 满增：先让栈指针自增，再写入数据；
  • 满减：先让栈指针自减，再写入数据。

        arm体系采用的方案是满减，但是在进行操作之前，我们必须告诉2440栈底的位置，这里我们把栈底设置为0x40001000，从地址0x40000000开始的0x1000这段内存空间对应的是2440内部的一段ram，总共4k。实际能够使用的内存空间为[0x40000000~0x40000FFF]，设置栈底指针寄存器: ldr sp =0x40001000

4、入栈保护指令stmfd(STMDB)

STMFD<c> <Rn>{!}, <registers>

其中Rn表示栈底指针寄存器，< registers >表示需要入栈保护的寄存器，!表示入栈之后sp自动自减。如：

stmfd sp!, {r0, r1, r2, r3-r12, lr}

5、出栈恢复指令ldmfd(LDM/LDMIA/)

LDMFD<c> <Rn>{!}, <registers>

中Rn表示栈底指针寄存器，< registers >表示需要入栈保护的寄存器，!表示出栈之后sp自动自增。如：

ldmfd sp!, {r0, r1, r2, r3-r12, lr}

七、在汇编中调用c语言编写的函数

设有c语言定义的函数void func_c(void);在汇编代码中调用该函数，只需用import声明函数名即可，之后就可以使用bl指令调用该函数，注意，既然是调函数，就一定要保护现场

1、向c函数传参

向c函数传参的方法很简单，如果参数个数小于等于4个，就直接用r0~r3传参，c函数返回值通过r0寄存器返回：

设有c函数：

int add_c(int a, int b, int c, int d)

{

return a + b + c + d;

}

如果参数个数大于4个，从第五个参数开始就需要通过栈来传参

        在c语言中调用汇编编写的函数类似，不过在汇编中用export声明函数，同时需要在c语言中用extern声明函数，按照标准，调用者负责保护现场和恢复现场

传参方法于此类似

2、切换arm内核的工作模式

        切换工作方式的思路很简单，由于内核的工作模式是由cpsr寄存器的低5位来设置的，那么就可以先把cpsr读出来，更改低5位之后再设置进去。这里读取cpsr使用mrs指令，写cpsr寄存器用msr指令，需要注意的是在keil环境下写cpsr需要写成：   msr cpsr_c r0；将r0的值写入到cpsr寄存器

学习了这些指令，最终就可以编写我们自己的启动代码了

启动代码示例如下：

    preserve8
    area reset, code, readonly
    code32
    entry

    b start
    ldr pc, =do_undifined
    ldr pc, =do_swi
    ldr pc, =do_p_abort
    ldr pc, =do_d_abort
    nop
    ldr pc, do_irq
    ldr pc, do_fiq
    

do_fiq
    b do_fiq    

do_irq
    import irq_handler
    sub lr, lr, #4
    stmfd sp!, {r0-r12, lr}
    bl  irq_handler
    ldmfd sp!, {r0-r12, pc}^

do_d_abort
    b do_d_abort

do_p_abort
    b do_p_abort

do_swi
    import swi_handler
    stmfd sp!, {r0-r12, lr}
    bl  swi_handler
    ldmfd sp!, {r0-r12, pc}^

do_undifined
    b  do_undifined

start
    ldr sp, =0x40001000 ;svc_sp

    mrs r0, cpsr
    bic r0, r0, #0x1F
    orr    r0, r0, #0x12
    bic r0, #(1 << 7)
    msr cpsr_c, r0

    ldr r0, =0x40001000
    sub r0, r0, #1024
    mov sp, r0

    mrs r0, cpsr
    bic r0, r0, #0x1F
    orr r0, r0, #0x10
    msr cpsr_c, r0

    ldr r0, =0x40001000
    sub r0, r0, #2048
    mov sp, r0
    
    import main
    b main

finished
    b finished

    end

标签：汇编,0000,do,ldr,指令,寄存器,r0,ARM
From： https://blog.csdn.net/qq_63574400/article/details/142369671

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