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ARM汇编关键知识点总结

发布时间:2020-12-23 发布时间:
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1.

LDR R1, =COUNT 意思是将 COUNT 变量的地址放到 R1中

LDR R1, COUNT 意思是将 COUNT 变量地址里面的内容赋给 R1


2.


Load-Store 结构——这个应该是 RISC设计中比较有特点的一部分。在 RISC 中,CPU 并不会对内存中的数据进行操作, 所有的计算都要求在寄存器中完成。 而寄存器和内存的通信则由单独的指令来完成。而在 CSIC中,CPU是可以直接对内存进行操作的,这也是一个比较特别的地方。所以,在 ARM中,cpu只能通过寄存器来对内存的数据进行访问和更改。


LDR Rd,(地址)

STR Rd, (地址)

LDMIA Rn!, regist

STMIA Rn!, regist

注意上面 LDR/STR 和 LDMIA/STMIA 的区别,LDR/STR 命令使用时,寄存器在前,地址在后。 而在 LDMIA/STMIA 使用时, 地址在前, 寄存器在后。 这就决定了 LDR 和 LDM 同为加载命令, 但操作顺序是不同的, 同理 STR/STM。 但有一点他们是相同的, 即加载 LDR/LDM的意思是把内存的数据 (即上面的地址) 加载到寄存器; 存储 STR/STM 的意思是把寄存器的内容存储到内存(即上面的地址) 。这样比较之后也就全明白了,只需明白哪部分是寄存器,哪部分是地址(内存) ,然后区别是加载还是存储,就可以知道操作方向。


LDM/STM指令主要用于现场保护,数据复制,参数传送等。


3.


LDM/STM

IA/IB,DA,DB 数据块传输

FD/ED,EA/FA 堆栈操作

LDMIA Rn!, regList

STMIA Rn!, regList

其中 Rn 加载/存储的起始地址寄存器,Rn 必须为 R0~R7


RegList 加载/存储的起始寄存器列表,寄存器必须为 R0~R7


4.

在汇编程序中 !的使用,意思是回写,比如:


ldr r1,[sp, #S_PSR]

ldr lr, [sp, #S_PC]! 其中 ! 用来控制基址变址寻址的的最终新地址是否进行回写操作

此条语句的意思是 执行 ldr 之后 sp 被回写成 sp+#S_PC 基址变址寻址的新地址。


5.

ARM 堆栈的组织结构是满栈降的形式,满栈即 sp 是要停留在最后一个进栈元素;降,就是堆栈的增长方向是从高地址向低地址发展。

ARM 对于堆栈的操作一般采用 LDMFS(pop)和 STMFD(push)两个命令。

难点在于 STMFD 命令对于操作数是按照什么顺序压栈的。

比如:STMFD sp! {R0-R5,LR}进栈顺序是:


高地址

LR          #先进栈

R5

R4

...........

R0

低地址


ARM 指令

多寄存器寻址:


LDMIA R0!,{R1-R4}

;R1

;R2

;R3

;R4

堆栈寻址:


STMFD 入栈指令,相当于 STMDB


STMFD SP!,{R2-R4}

;[SP-4]

;[SP-8]

;[SP-12]

LDMFD 出栈指令,相当于 LDMIA


LDMFD SP!,{R6-R8}

;R6

;R7

;R8

6.

汇编语句 LDMFD SP!, {R0-R12, LR, PC }^ 程序后面的^ ,表示什么意思?

'^'是一个后缀标志,不能在 User 模式和 Sys 系统模式下使用该标志.该标志有两个存在目的:

1) 对于 LDM 操作,程序会自动的将 spsr 的值拷贝到 cpsr 中。


比如:在 IRQ 中断返回代码中


ldmfd sp!, {r4} //读取 sp 中保存的的 spsr 值到 r4中

msr spsr_cxsf, r4 //对 spsr 的所有控制为进行写操作,将 r4的值全部注入 spsr

ldmfd sp! {r0-r12,lr,pc}^ //当指令执行完毕,pc 跳转之前,将 spsr 的值自动拷贝到 cpsr 中

2)数据的送入,送出发生在 User 用户模式下的寄存器,而非当前模式寄存器


如 ldmdb sp, {r0-lr}^;表示 sp 栈中的数据回复到 User 分组寄存器 r0-lr 中,而不是恢复到当前模式寄存器 r0-lr, 当然对于 User, System, IRQ,SVC,Abort, Undefined这6种模式来说 r0-r12是共用的,只是 r13和 r14为分别独有,对于 FIQ 模式,仅仅 r0-r7是和前6种模式的 r0-r7共用,r8-r14都是 FIQ 模式下专有。


7. 关于 ldr/str 几条指令使用的区别


ldr ip,[sp],#4 将 sp 中内容存入ip,之后 sp=sp+4;

ldr ip,[sp,#4] 将 sp+4这个新地址下的内容存入ip,之后 sp 值保持不变

ldr ip,[sp,#4]! 将 sp+4这个新地址下的内容存入ip,之后 sp=sp+4将新地址值赋给 sp

str ip,[sp],#4 将ip存入 sp 地址处,之后 sp=sp+4

str ip,[sp,#4] 将ip存入 sp+4这个新地址,之后 sp 值保持不变

str ip,[sp,#4]! 将ip存入 sp+4这个新地址,之后 sp=sp+4将新地址值赋给sp

8.

movs r1,#3; movs 将导致 ALU 被更改,因为 r1赋值非0,即操作结果 r1非0,所以 ALU 的 Z 标志清0

N,Z,C,V 称为 ALU(算术逻辑单元)状态标志。N:如果结果是负数则置位;Z:如果结果是零则置位;C:如果发生进位则置位;V:如果发生进位则置位。

9.

teq r1,#0 //r1-0,将结果送入状态标志,如果 r1和0相减的结果为0,那么 ALU 的Z 置位,否则 Z 清0

bne reschedule//ne 表示 Z 非0,即:不等,那么执行 reschedule 函数

10。

.使用 tst 来检查是否设置了特定的位

tst r1,#0x80   //按位 and 操作,检测 r1的0x1<<7,即第7位是否置1,按位与之后结果为0,那么 ALU 的 Z 置位

beq reset   //如果 Z 置位,即:以上按位与操作结果是0,那么跳转到 reset 标号执行


11.

  PC 和 LR 寄存器中在异常发生时,或在系统运行时其 PC 和 LR 寄存器值为多少?


下图为用户模式下 ARM 处理器体系结构:

  从图1中我们看到, 在 user 模式下, ARM CPU 有16个数据寄存器, 被命名为 r0~r15(这个要比 x86的多一些)。r13~r15有特殊用途,其中:

◆ r13 - 指向当前栈顶,相当于 x86的 esp,这个东西在汇编指令中要用 sp 表示

◆ r14 - 称作链接寄存器,指向函数的返回地址。用 lr 表示,这和 x86将返回地址保存在栈中是不同的

◆ r15 - 类似于 x86的 eip, 其值等于当前正在执行的指令的地址+8(因为在取址和执行之间多了一个译码的阶段),这个用 pc 表示。


另外, ARM 处理器还有一个名为 cspr 的寄存器, 用来监视和控制内部操作, 这点和x86 的状态寄存器是类似的。具体的内容就用到再说了。

总结:在系统正常运行时,PC 值等于当前正在执行的指令的地址+8,(因为在取址和执行之间多了一个译码的阶段)。


寄存器 R14(LR 寄存器)有两种特殊功能:

1)在任何一种处理器模式下,该模式对应的 R14寄存器用来保存子程序的返回地址。

当执行 BL 或 BLX 指令进行子程序调用时,子程序的返回地址被放置在 R14中。这样,只要把 R14内容拷贝到 PC 中,就实现了子程序的返回。

2)当某异常发生时,相应异常模式下的 R14被设置成异常返回的地址(对于某些异常,可能是一个偏移量,一个较小的常量)。异常返回类似于子程序返回,但有小小的不同。


总结:

  所谓的子程序的返回地址, 实际就是调用指令的下一条指令的地址, 也就是 BL 或 BLX指令的下一条指令的地址。所谓的异常的返回的地址,就是异常发生前,CPU 执行的最后一条指令的下一条指令的地址。

例如:(子程序返回地址示例)


指令                      指令所在地址

ADD R2,R1,R3  ;0x300000           

BL subC               ;0x300004

MOV R1,#2          ;0x300008

BL 指令执行后,R14中保存的子程序 subC 的返回地址是0x300008。


再例如:(异常返回地址示例)


指令                      指令所在地址

ADD R2,R1,R3  ;0x300000

SWI 0x98            ;0x300004

MOV R1,#2          ;0x300008

SWI 指令执行后,进入 SWI 异常处理程序,此时 R14中保存的返回地址为0x300008。


总结:在系统正常运行时,PC 的值存储的是当前正在执行的指令地址的后两条地址(即+8),而 LR 是在子程序返回或异常返回时才使用,其值为当前正在执行的指令的后一条指令地址(即+4)。

12.

  由于上面 LR 和 PC 寄存器值的特点:我们可以解释软中断实现原理进行解释。


  SWI,即 software interrupt 软件中断。该指令产生一个 SWI 异常。意思就是把处理器模式改变为超级用户模式,CPSR 寄存器保存到超级用户模式下的 SPSR 寄存器,并且跳到 SWI 向量。其 ARM 指令格式如下:


SWI{cond} immed_24

  Cond 域:是可选的条件码 (参见 ARM 汇编指令条件执行详解).


  immed_24域:范围从 0 到 224-1 的表达式,(即0-16777215)。用户程序可以使用该常数来进入不同的处理流程。

一、方法1:获取 immed_24操作数。

  为了能实现根据指令中 immed_24操作数的不同,跳转到不同的处理程序,所以我们往往需要在 SWI 异常处理子程序中去获得 immed_24操作数的实际内容。获得该操作数内容的方法是在异常处理函数中使用下面指令


LDR R0,[LR,#-4]

  该指令将链接寄存器 LR 的内容减去4后所获得的值作为一个地址,然后把该地址的内容装载进 R0。此时再使用下面指令,immed_24操作数的内容就保存到了 R0:


BIC R0,R0,#0xFF000000


;Rd,  Rn, Oprand2

;BIC(位清除)指令对 Rn 中的值 和 Operand2 值的反码按位进行逻辑“与”运算

 


  该指令将 R0的高8位(绿色表示的)清零,并把结果保存到 R0,意思就是取 R0的低24位。


  所以,在 SWI 异常处理子程序中执行 LDR R0,[LR,#-4]语句,实际就是把产生本次 SWI异常的 SWI 指令的内容(如:SWI 0x98)装进 R0寄存器。又因为 SWI 指令的低24位保存了指令的操作数(如: 0x98), 所以再执行 BIC R0, R0, #0xFF000000语句, 就可以获得 immed_24操作数的实际内容。


二、方法2:使用参数寄存器。

实际上,在 SWI 异常处理子程序的实现时,还可以绕开 immed_24操作数的获取操作,这就是说,我们可以不去


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