ARM处理器 指令（读写内存、状态寄存器、软中断、协处理器……）

一、数据处理指令

数据处理指令（数学运算、逻辑运算）

1）数学运算

32位处理器什么意思：单次运算数据的能力，单次最大可处理32位的数据

数据运算指令的格式

《操作码》《目标寄存器》《第一操作寄存器》《第二操作数》
操作码： 表示执行哪种操作
目标寄存器： 表示存储运算的结果
第一操作寄存器： 存储第一个参与运算的寄存器（只能是寄存器）
第二操作数： 存储第二个参与运算的数据（寄存器、立即数都可以）

数据搬移指令

MOV R1, #1
MOV R2, R1 // R2 = R1
MOV PC, #7 // 可以更改PC的值，但是系统会默认把后两位改成0，7八进制>111系统会自动改成4>100
MVN R0, #0xFF // R0 = ~0xFF R0的内容就是0xFFFFFF00

立即数

立即数的本质是包含在指令当中的数，属于指令的一部分，这条执行是一起编译成机器码的
优点：
取值的时候就可以直接读取到CPU，不用单独去内存读取，速度快
缺点：
不能是任意的32位的数字，有局限性
MOV R1, #0x12345678 //不可以执行，因为数字太大
MOV R1, #0x12 //可以执行

伪指令

MOV R1, #0xFFFFFFFF
//当执行这条指令的时候显然这个数字太大，但是可以编译成功，是系统自动会将这条指令替换成 MVN R1, #0x00000000 这样就和MOV R1, #0xFFFFFFFF 指令执行的效果一样，这样的行为前提是两条指令要达到的效果相同

加法指令

ADD R1, R2, R3 //R1 = R2+R3

带进位的加法指令

ADC R5, R2, R4 // R5 = R2 + R4 + ‘CPSR->C’

减法指令

SUB R1, R2, R3 //R1 = R2-R3

带借位的减法指令

SBC R5, R2, R4 // R5 = R2 - R4 - ‘~CPSR->C’ 取反

逆向加法指令

RSB R1, R2, #3 //R1 = 3-R2

乘法指令

MUL R1, R2, R3 //R1 = R2*R3 乘法指令只能是两个寄存器执行

数据运算指令的扩展

MOV R1, R2, LSL #1 //R1 = (R2<<1)

2）逻辑运算

按位与指令

AND R1, R2, R3 //R1 = R2&R3

按位或指令

ORR R1, R2, R3 //R1 = R2 | R3

按位异或指令

EOR R1, R2, R3 //R1 = R2 ^ R3

左移指令

LSL R1, R2, R3 //R1 = R2 << R3

右移指令

LSR R1, R2, R3 //R1 = R2 >> R3

位清零指令

MOV R2, #0xFF
BIC R1, R2, #0x0F
//第二操作数的哪一位为1，就把第一寄存器中的哪一位清零，然后将结果放入目标寄存器中

3）比较指令

怎么影响到CPSR寄存器中的状（N, Z, C, V）

数据运算指令对条件位CPSR寄存器中的状（N, Z, C, V）的影响
默认情况下数据运算不会对条件位产生影响，当在指令后加后缀‘S’后可以影响
MOV R2, #3
SUBS R1, R2, #5 //将会对 N 状态位产生影响

比较指令

CMP R1, R2
本质是一条（SUBS），只是没有将运算结果放入寄存器当中，是看CSPR寄存器状态位（N, Z, C, V）

==	Z=1
!=	Z=0
<	C=0
<=	C=0 或 Z=1
>	C=1 且 Z=0 
>=	C=1

  MOV R1, #1
		  MOV R2, #2
		  CMP R1, R2
		  BEQ FUNC	
		  @ 执行逻辑：if(EQ){B FUNC}	本质：if(Z==1){B FUNC}
		  BNE FUNC	
		  @ 执行逻辑：if(NE){B FUNC}	本质：if(Z==0){B FUNC}
		  MOV R3, #3
		  MOV R4, #4
		  MOV R5, #5
  FUNC:
		  MOV R6, #6
		  MOV R7, #7

		  @ ARM指令集中大多数指令都可以带条件码后缀
		  MOV R1, #1
		  MOV R2, #2
		  CMP R1, R2
		  MOVGT R3, #3
		
@ 练习：用汇编语言实现以下逻辑
			  int R1 = 9;
			  int R2 = 15;
		  START:
			  if(R1 == R2)
			  {
			  	STOP();
			  }
			  else if(R1 > R2)
			  {			
			  	R1 = R1 - R2;
			  	goto START;
			  }
			  else
			  {
			  	R2 = R2 - R1;
			 	goto START;
			  }
		
@ 练习答案:
		  MOV R1, #9
		  MOV R2, #15
  START:
		  CMP R1,R2
		  BEQ STOP
		  SUBGT R1, R1, R2
		  SUBLT R2, R2, R1
		  B START
  STOP:				
		  B STOP

ARM指令的条件码

ARM指令集中大多数指令都可以带条件码后缀（如：SUBEQ）

二、跳转指令

1）跳转指令

跳转指令

有三种方式

第一种方法：直接去修改PC的值（不建议使用，因为需要自己计算绝对地址）

MAIN:
	MOV R1, #1
	MOV R2, #2
	MOV PC, #0x16
	MOV R3, #3
	
FUNC:
	MOV R4, #4
	MOV R5, #5
	MOV R6, #6

第二种方法：不带返回的跳转指令，本质就是将PC寄存器的值修改成跳转标号下第一条指令的地址

MAIN:
	MOV R1, #1
	MOV R2, #2
	B	FUNC
	MOV R3, #3
	
FUNC:
	MOV R4, #4
	MOV R5, #5
	MOV R6, #6

第三种方法；带返回的跳转指令，本质就是将PC寄存器的值修改成跳转标号下第一条指令的地址，同时将跳转指令的下一条指令的地址存储到LR

MAIN:
	MOV R1, #1
	MOV R2, #2
	BL	FUNC
	MOV R3, #3
	
FUNC:
	MOV R4, #4
	MOV R5, #5
	MOV R6, #6
	MOV PC, LR

三、Load / Srore指令

Load / Srore指令（访问（读写）内存）

1）内存访问指令

Load/Srore指令：访问（读写）内存 当LD开头的指令 内存读数据到CPU 当ST开头的指令 把CPU中的数据存到内存当中

写内存

	@ MOV R1, #0xFFFFFFF1
	@ MOV R2, #0x40000000
	@ STR R1, [R2]		默认是写入一个字（四个字节）的数据
	@ STRB R1, [R2]  内存中写入'B'一个字节的数据'F1'
	@ STRH R1, [R2]  内存中写入'H'两个字节的数据'FFF1'
	@ R2->0x40000000内存空间 = R1的数据

读内存

	@ MOV R1, #0xFFFFFFF1
	@ MOV R2, #0x40000000
	@ LDR R3, [R2]	R3 = 默认内存读出一个字（四个字节）的数据
	@ LDRB R3, [R2]	R3 = 内存读出一个字节的数据
	@ LDRH R3, [R2]	R3 = 内存读出两个字节的数据
	@ R3 = R2->0x40000000内存空间的数据

2）ARM指令的寻址方式

寻址方式就是CPU去寻找操作数的方式

立即寻址

@ MOV R1, #1
@ ADD R1, R2, #1

寄存器寻址

@ ADD R1, R2, R3

寄存器移位寻址

@ MOV R1, R2, LSL #1

寄存器间接寻址

@ STR R1, [R2]

基址加变址寻址

		@ MOV R1, #0xFFFFFFFF
		@ MOV R2, #0x40000000
		@ MOV R3, #4
		@ STR R1, [R2,R3]
		@ 将R1寄存器中的数据写入到R2+R3指向的内存空间
		@ STR R1, [R2,R3,LSL #1]
		@ 将R1寄存器中的数据写入到R2+(R3<<1)指向的内存空间

基址加变址寻址的索引方式

前索引

		@ MOV R1, #0xFFFFFFFF
		@ MOV R2, #0x40000000
		@ STR R1, [R2,#8]
		@ 将R1寄存器中的数据写入到R2+8指向的内存空间
		@ LDR R2, [R2,#8]
		@ 将R2+8指向的内存空间的数据写入到R2寄存器中

后索引

		@ MOV R1, #0xFFFFFFFF
		@ MOV R2, #0x40000000
		@ STR R1, [R2],#8
		@ 将R1寄存器中的数据写入到R2指向的内存空间，然后R2自增8
		@ LDR R1, [R2],#8
		@ 将R2+8指向的内存空间的数据写入到R2寄存器中，然后R1自增8

自动索引

		@ MOV R1, #0xFFFFFFFF
		@ MOV R2, #0x40000000
		@ STR R1, [R2,#8]!
		@ 将R1寄存器中的数据写入到R2+8指向的内存空间，然后R2自增8
		@ LDR R6, [R2,#8]!
		@ 将R2+8指向的内存空间的数据写入到R6寄存器中，然后R6自增8

多寄存器内存访问指令的寻址方式

		@ MOV R1, #1
		@ MOV R2, #2
		@ MOV R3, #3
		@ MOV R4, #4
		@ MOV R11,#0x40000020
		@ STMIA R11!,{R1-R4}
		@ 先存储数据，后增长地址
		@ STMIB R11!,{R1-R4}
		@ 先增长地址，后存储数据
		@ STMDA R11!,{R1-R4}
		@ 先存储数据，后递减地址
		@ STMDB R11!,{R1-R4}
		@ 先递减地址，后存储数据

3）栈的种类与使用

栈的概念

栈的本质就是一段内存，程序运行时用于保存一些临时数据如局部变量、函数的参数、返回值、以及程序跳转时需要保护的寄存器等

栈的分类

增栈：压栈时栈指针越来越大，出栈时栈指针越来越小
减栈：压栈时栈指针越来越大，出栈时栈指针越来越小
满栈：栈指针指向最后一次压入到栈中的数据，压栈时需要先移动栈指针到相邻位置然后再压栈
空栈：栈指针指向最后一次压入到栈中的数据的相邻位置，压栈时可直接压栈，之后需要将栈指针移动到相邻位置

栈分为空增（EA）、空减（ED）、满增（FA）、满减（FD）四种
ARM处理器一般使用满减栈

		MOV R1, #1
		MOV R2, #2
		MOV R3, #3
		MOV R4, #4
		MOV R11,#0x40000020
		STMFD R11!,{R1-R4}
		LDMFD R11!,{R6-R9}
		
@ 结果 R6 = 1, R7 = 2, R8 = 3, R9 = 4

栈的应用举例

1.叶子函数的调用过程举例

@ 初始化栈指针
		MOV SP, #0x40000020
MIAN:
		MOV R1, #3
		MOV R2, #5
		BL  FUNC
		ADD R3, R1, R2
		B STOP
		
FUNC:
		@ 压栈保护现场
		STMFD SP!, {R1,R2}
		MOV R1, #10
		MOV R2, #20
		SUB R3, R2, R1
		@ 出栈恢复现场
		LDMFD SP!, {R1,R2}
		MOV PC, LR

2.非叶子函数的调用过程举例

		MOV SP, #0x40000020
MIAN:
		MOV R1, #3
		MOV R2, #5
		BL  FUNC1
		ADD R3, R1, R2
		B STOP		
FUNC1:
		STMFD SP!, {R1,R2,LR}
		MOV R1, #10
		MOV R2, #20
		BL  FUNC2
		SUB R3, R2, R1
		LDMFD SP!, {R1,R2,LR}
		MOV PC, LR
FUNC2:
		STMFD SP!, {R1,R2}
		MOV R1, #7
		MOV R2, #8
		MUL R3, R1, R2
		LDMFD SP!, {R1,R2}
		MOV PC, LR
		
		@ 执行叶子函数时不需要对LR压栈保护，执行非叶子函数时需要对LR压栈保护

四、状态寄存器传送指令

状态寄存器传送指令：访问（读写）CPSR寄存器

	@ 读CPSR
	MRS R1, CPSR
	@ R1 = CPSR
		
	@ 写CPSR
	MSR CPSR, #0x10
	@ CPSR = 0x10
		
	@ 在USER模式下不能随意修改CPSR，因为USER模式属于非特权模式
	MSR CPSR, #0xD3

五、软中断指令

软中断指令： 触发软中断异常
SWI #1

@ 设置异常向量表的地址
		B MAIN
		B .
		B SWI_HANDLER
		B .
		B .
		B .
		B .
		B .
		
		@ 应用程序
MAIN:
		MOV SP, #0x40000020
		初始化SVC模式下的栈指针，因为程序刚启动时模式为SVC模式
		MSR CPSR, 0x10
		@ 切换成user模式，开启FIQ、IRQ
		MOV R1, #3
		MOV R2, #5
		SWI #1
		@ 触发软中断模式
		ADD R3, R1, R2
		B STOP

		@ 异常处理程序
SWI_HANDLER:
		STMFD SP!, {R1, R2, LR}  
		@ 压栈保护现场
		MOV R1, #4
		MOV R2, #5
		MUL R3, R1, R2
		LDMFD SP!, {R1, R2, PC}^  
		@ 出栈恢复现场
		@ 将压入到栈中的LR（返回地址）出栈给PC，实现程序的返回
		@ ‘^’表示出栈的同时将SPSR的值传递给CPSR，实现CPU状态的恢复
	
	STOP:
		B STOP	

六、协处理器指令

协处理器指令： 操控协处理器的指令

	@ 1.协处理器数据运算指令
	CDP
	@ 2.协处理器存储器访问指令
	STC		@ 将协处理器中的数据写入到存储器
	LDC		@ 将存储器中的数据读取到协处理器
	@ 3.协处理器寄存器传送指令
	MRC		@ 将协处理器中寄存器中的数据传送到ARM处理器中的寄存器
	MCR		@ 将ARM处理器中寄存器中的数据传送到协处理器中的寄存器