ARM指令集复习 | 基本指令用法

1、ARM指令集概述

特点

【特点】：
	- RISC，译码机制简单；
	- 程序的启动从ARM指令集开始，进入异常转化为ARM状态，运行ARM指令集指令；

指令格式

<opcode>{<cond>}{S} <Rd>, <Rn> {,<operand2>}
opcode：操作码（指令助记符）如B,STR；
cond：可选择的条件码，执行条件，如NE,EQ；
S：若有S后缀，则根据计算结果更新CPSR中的条件码；
Rd：目标寄存器；
Rn：存放第一个操作数的寄存器；
operand2：第二个操作数；

条件指令

2、ARM的寻址方式

2.1 立即寻址

操作数包含在指令的32位机器编码中；
	- 在指令中，立即数作为操作数2出现，编码格式中仅安排12位空间（8位常数和4位循环右移植），32位立即数显然不能直接编码；
	- 12位编码包括8位常数和4位循环右移值，由8位常数循环右移4位值的2倍得到最后的32位立即数；

#代表立即数；

2.2 寄存器寻址

操作符存放在寄存器中；

【注意】：
第二个操作数为寄存器时方可进行移位操作，移位数可以是五位立即数或某个寄存器内的数值，执行完毕后第二操作数寄存器中的数值并不改变；

【位移方式】:
LSL：逻辑左移（乘)；
LSR：逻辑右移（除)；
ASL：算数左移，和LSL一样；
ASR：算数右移，分正负来填充右移后的空余位，正0负1；
ROR：循环右移；
RRX：带扩展的循环右移，循环右移1位后左端用C填充，这种方式只移位1位，所以无须指定移位位数;

寄存器间接寻址

利用寄存器的值作为存储器指针，数据传送类的load/store类指令都使用寄存器间接寻址方式；
	- 间接寻址加上[]；

基址加偏移地址

2.3 多寄存器及块拷贝寻址

一条指令完成多字数据或数据块的传送；
	- LDM/STM；
【基址寄存器变化】：
IA：操作完后地址递增；
IB：地址先增后完成操作；
DA：操作完后地址递减；
DB：地址先减后完成操作；
多寄存器用{}包含，连续寄存器使用-间隔，否则使用，分隔； 

2.4 堆栈寻址

存储空间中的数据栈与寄存器组之间的批量数据传输，采用R13(SP)作为堆栈指针，采用FILO(先进后出)的方式工作，SP指向栈顶；
	- LDM/STM；
【堆栈组织生长方式】：
	- FD/ED：满递减/空递减；
	- FA/EA：满递增/空递增；

2.5 相对寻址

将程序计数器PC作为基址寄存器，指令中的地址标号字段作为偏移量进行寻址，跳转指令采用相对寻址方式;

3、ARM指令集

3.1 存储器访问（L/S）指令

【常规】
LDR R2, [R5] ;将R5为地址的存储单元中数据加载至R2；
STR R1, [R0, #0x04]	;mem32[R0+4]<-R1

【传送数据类型】
LDRB R3, [R2], #1	;以R2为地址读取一字节数据至R3
STRH R1, [R0, #2]!	;半字传送，传送R1中低两字节数据至R0+2为地址的存储单元，R0更新

3.2 数据处理类指令

数据传送指令

MOV R1, R0	;R1<-R0
MOV R1, R0, LSL #3	;R1<-R0*8
MVN R0, #0	;立即数0取反传送至R0, R0=-1

算数逻辑运算指令

【64位整数加法】：
RO/R1与R2/R3分别存放两个加数的低/高32位,R4/R5存放结果的低/高32位︰
	ADDS R4 ,RO ，R2	;带S后缀结果影响CPSR中的标志位C
	ADC R5 ,R1 ,R3	;带进位的加法，C标志位参与运算

【64位整数减】：
SUBS R4, R0, R2	;R0-R2->R4
SBC R5, R1, R3	;R1-R3->R5

【逆向减法】：
RSB RO，R1，R2 ;RO=R2-R1
RSC RO，R1，R2 ;在上行指令基础上再减C标志位的反码

【逻辑运算】:
AND R0, R0, #3  ;保持R0的0、1位，其余清0 R0&3 -> R0
ORR R0, R0, #3  ;置位R0的0、1位，其余不变	R0|3 -> R0
EOR R0, R0, #3  ;反转R0的0、1位，其余不变 R0^3 -> R0
BIC, R0, #3	;清0 R0的0、1位，其余不变 对应位清0

【比较指令】：
CMP R1，RO	;R1-RO ，结果影响CPSR中的标志位，但不保留运算结果
CMN RO，#1 	;判断RO的值是否为1的补码，是则Z置位
			;CMN指令将操作数1寄存器减去操作数2的负值

【测试指令】：
TST R1，#3 ;按位与，结果影响CPSR中的标志位
TEO R1，R2 ;按位异或，结果影响CPSR中的标志位

【乘法指令】：
- MUL：32位乘法；
- MLA：三操作数乘法，将操作数1与操作数2相乘，结果加第三个操作数，存入目的寄存器；
	MLA, Rd, Rm, Rs, Rn	;Rd<-Rm*Rs+Rn
- 规则：Rd和Rm不能是同一寄存器；
- 形成两个矢量的标量积例程：
	MOV R11, #20	//立即数20给R11
	MOV R10, #0		//初始化结果寄存器
loop:
	LDR R0, [R8], #4	//读取矢量1指针
	LDR R1, [R9], #4	//读取矢量2指针
	MLA R10, R0, R1, R10	// R0*R1+R10->R10
	subs R11, R11, #1	// R11-1->R11
	bne loop	// 条件跳转

【条件码】：
- N：补码表示的符号数运算结果，1负，0正；
- Z：1表示结果为0；
- C：加时1表示进位，减时0表示借位，移位操作时为移出值的最后一位；
- V：1为溢出；

跳转指令

跳转指令用于控制程序的走向，可完成从当前指令向前或向后的32MB的地址空间跳转，包括基本跳转指令B ，
带返回的跳转指令BL，带状态切换(ARM与Thumb之间）的跳转指令BX，带返回和状态切换的跳转指令BLX；

程序状态寄存器访问指令

当前程序状态寄存器可分为4个8位独立域：
CPSR[31:24] : _f(标志域)；
CPSR[31:24] : _s(状态域)；
CPSR[31:24] : _x(扩展域)；
CPSR[31:24] : _c(控制域)；

【清CPSR标志位】：
MRS R0, CPSR	;R0<-CPSR
BIC R0, R0, #0xF0000000	;清高四位
MSR CPSR_f, R0	;CPSR_f<-R0

GNU ARM汇编基础

1、GNU ARM汇编器

label: instruction or directive or pseudo-instruction @comment
instruction :机器指令，处理器中有特定硬件来执行;
directive :伪操作，没有对应机器指令，只起编译器指示作用;
pseudo-instruction :伪指令，会被编译为一条或多条机器指令;
@：注释

2、GNU编译环境构成

GNU编译工具主要包括汇编器as、编译器gcc、链接器ld、反汇编工具objdump等，
每种工具都有×86版本和ARM版本如arm-linux-gcc；

3、段及lds文件

GNU ARM以段为单位来组织程序，段是具有相同属性的一段内容，汇编所产生的目标文件至少具有text、 data . bss这三个段，
分别对应可执行代码、初始化数据及未初始化数据；

GNU ARM常用伪操作

符号定义伪操作

.equ symbol , expr  @将symbol定义为expr
.set 				@与.equ相同
.global symbol		@将symbol定义为全局标号
.extern symbol 		@声明symbol为一个外部变量

数据定义伪操作

.word expr {
    ,expr}...   @分配子内仔里兀开用expr 初始化
.byte expr {
    ,expr}...   @分配字节内存单元并用expr初始化
.long expr {
    ,expr}...   @同.word
.ascii expr{
    ,expr}...   @字符串，非零结束符
.string expr {
    ,expr}... @字符串，零结束符，同.asciz
.zreo size				@用О填充size个字节的内存