01.ARM - 指令与寄存器

一、ARM指令格式： {} {S} ,{, }

格式

                <>：内项目必选。{}：内项目可选。

                opcode：指令助记符(ldr str等)。

                cond：条件码，描述指令执行条件。

                S：可选后缀，带" S "表示指令执行完后，自动更新CPSR中的条件码标志位的值。

                Rd：ARM指令中的目标操作数总是一个寄存器，通常用Rd表示。

                Rn：存放第1操作数寄存器。

                opcode2：第2操作数，可以是寄存器或立即数，且能使用经过位移运算后的寄存器和立即数。

        立即数：用高4位 + 低8位表示，rotate + immed_8。立即数 = immed_8 循环右移 (2 * rotate)位。可以用下列方法判断立即数：

        1、把数据转换成二进制，从低到高写成4位1组的形式，最高位一组不够四位的，在最高位之前补0。

        2、数1的个数，如果大于8个肯定不是立即数，如果小于等于8进行下面步骤。

        3、如果数据中间有连续的大于等于24个0, 循环左移4的倍数，使高位全为0。

        4、找到最高位的1，去掉前面最大偶数个0。

        5、找到最低位的1，去掉后面最大偶数个0。

        6、数剩下的位数，如果小于等于8位，那么这个数就是立即数，反之就不是立即数。

ARM Instruction Set Format

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二、ARM中的寄存器：ARM共37个寄存器，可工作于7种模式：

        未分组寄存器r0-r7所有模式共用，共8个。

        分组寄存器中r8-r12，快速中断模式有自己的一组寄存器，其他模式共用，共10个。

        分组寄存器r13（sp），r14（lr），除用户模式和系统模式共用外，其他模式各一组，共 2*7 - 2 = 12个。

        r15（pc）和CPSR共用，共2个。

        SPSR除用户模式和系统模式没有外，其他模式各一个，共5个。总共8+10+12+2+5 = 37个。与此对应的汇编名称表明了它们通常的约定用法。

各个寄存器

        1、r0-r3：临时寄存器。保存参数，结果或者寄存器的值。用作传入函数参数，传出函数返回值。在子程序调用之间可随意使用。被调函数返回前不必恢复原值。如果调用函数需要再次使用r0-r3的内容，则它必须保留这些内容。

        2、r4-r11：变量寄存器。存放函数的局部变量。如果被调函数使用了这些寄存器，它在返回之前必须恢复这些寄存器的值。

        3、r9 (sb)：静态基址寄存器。

        4、r10 (sl)：堆栈限制寄存器。

        5、r11 (fp)：帧指针。

        6、r12 (ip)：内部程序调用暂存寄存器。可用于保存SP，在函数返回时使用该寄存器出栈。被调函数返回前不必恢复。

        7、r13 (sp)：数据栈指针寄存器。针对不同模式，共有6个SP。通常指向各模式对应的专用堆栈。退出被调用函数时必须恢复。

        8、r14 (lr)：子程序连接寄存器。保存执行bl的下一条指令地址（pc）。

        9、r15 (pc)：程序计数器。存放下一条指令的地址。

        10、f0-f7：FPA寄存器。s0-s31：VFP单精度寄存器。d0-d15：VFP双精度寄存器。p0-p15：协处理器0-15。c0-c15：协处理器寄存器0-15。

        11、状态寄存器PSR（共用r15）。详见下文！

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三、状态寄存器PSR（r15）：

        CPSR：当前程序状态寄存器。SPSR：保存的程序状态寄存器。状态寄存器的32位可以分为4个8位的域： f: 指示bits[31 : 24]，又名条件标志位域。s: 指示bits[23 : 16]，又名状态标志位域。x: 指示bits[15 : 8]， 又名扩展位域。c: 指示bits[7 : 0]，又名控制位。区域名必须为小写字母。

PSR寄存器数据格式

        1、条件标志位( N,Z,C,V )：可用逻辑、算术、或 MSR 和 LDM 指令操作。处理器会测试这些标志位，以确定是否操作一些指令 (例如：cmp指令会设置Z位，而beq会读取Z位决定操作)。bit31-Bit28是状态位，如下图：

        2、控制位( I,F,T,M )：发生异常时, 这些位将产生相应变化。特权模式下可以通过软件去修改这些位。

                bit7 bit6 中断禁止位：(I=1, IRQ禁止;       F=1, FIQ禁止)

                bit5 状态控制位：(T=0: ARM状态。T=1: Thumb状态)

                bit4-bit0 模式控制位：( M[4:0],这5位组合控制处理器处于什么工作模式，异常体系中会详细讲解)

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四、PSR 的操作：

        1、状态寄存器访问指令仅有两条：MRS(状态寄存器 ==> 通用寄存器的传送指令) 和 MSR(立即数/通用寄存器 ==> 状态寄存器的传送指令)。

                ①、mrs {} rd, cpsr

                        condition可缺省，为执行条件码。

                ②、msr {} cpsr_, #immediate

                        fields用来设置状态寄存器中需要操作的位 (f/s/x/c)，mrs cpsr_x, r1：表示仅修改cpsr的扩展位。

                        immediate是作为参数的立即数。

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