朱老师ARM裸机学习笔记（六）：ARM汇编
汇编指令和伪汇编指令
汇编指令：CPU指令的助记符
伪汇编指令：本质上不是指令，是编译器环境提供的，目的是用来指导编译过程，经过编译后伪指令最终不会生成机器码
ARM汇编的特点
ARM汇编的特点1：LDR/STR架构
ARM采用RISC架构，CPU本身不能直接读取内存（CISC结构的可以直接读取内存），而需要先将内存中内容载入CPU中通用寄存器才能被CPU执行。
ldr (load register) 将内存内容加载进入通用寄存器
str (store register) 将寄存器内容存入内存空间
ARM汇编的特点2：8种寻址方式
| 类别 | 示例 |
|---|---|
| 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 @(r0=r1<<3) |
| 寄存器间接寻址 | ldr r1, [r2] |
| 基址变址寻址 | ldr r1,[r2,#4] @r1 = r2+4 |
| 多寄存器寻址 | ldmia r1!,{r2-r7,r12} |
| 堆栈寻址 | stmfd sp!, {r1-r7,lr} |
| 相对寻址 | beq flag |
ARM汇编的特点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：
| 后缀 | 功能 |
|---|---|
| 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 |
ARM汇编的特点3：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
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汇编的特点4：多级指令流水线
S5PV210使用13级流水线。PC指向正被取值的指令，而非正在执行的指令。
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
r1 = 0xFF,执行mov r0, r1 后 r0 = 0xFF
执行mvn r0, r1 后 r0 = 0xffffff00
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
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
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 0x1F = 0001 1111)
比较指令
cmp cmp r0, r1 @(r0 - r1 = 0？）
cmn cmn r0, r1 @(r0 + r1 = 0？)
tst tst r0, 0xf @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 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
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
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
mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0
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，每次存入数据后，sp+4
满栈：栈指针指向满位，每次存入数据时，先sp+4然后再存入数据
增栈：栈指针移动时向地址增加的方向移动
减栈：栈指针移动时向地址减小的方向移动
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) | 满递减栈 |
| ed (empty decrease) | 空递减栈 |
| fa | 满递增栈 |
| ea | 空递增栈 |
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。
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}
ldmfd sp!, {r0-r6, pc}^
^：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
伪指令和具体的编译器相关，我们使用GNU工具链，因此学习GNU环境下达汇编伪指令。
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 |
| 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 |
- AAAA:.word 0xAABBFF 类似于C语言的 int AAAA = 0xAABBFF;
- .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
- 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。