操作符指令 - ARM汇编指令（二）

ARM包含6种重要的数据计算处理指令

数据处理指令格式与条件码

条件码

ARM汇编特点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：

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 movs r0, #0

ARM汇编特点4：条件执行后缀

1. 操作符指令

1.1. 赋值数据传输 MOV MVN

例：Mov  r0,r1    //相当于C中的r0=r1;

Movep r0,r1    //如果eq后缀成立，则执行mov  r0,r1  如果后缀不成立，则此句做类似于C语言中的 if(eq) {r0 = r1}

注：1、条件后缀是否成立，取决于之间的代码。

2、条件后缀是否被执行，不影响上一句或下一句的代码。

令通过MOV，剩下与C语言中的数据操作是

数据传输指令mov mvn

例：1、mov r0,r1 @两个寄存器之间数据传递

2、mvn r1,#0xff @将立即数赋值给寄存器

Mvn和mov用法一样，区别是mov原封不动传递，而mvn是按位取反传递

譬如r1 = 0x000000ff，然后mov r0, r1 后，r0 = 0xff但是mvn r0, r1后，r0=0xffffff00

1.2. 算术指令， ADD SUB RSB ADC SBC RSC BIC

逻辑指令， AND ORR EOR BIC

逻辑指令and（逻辑与） orr（逻辑或） eor（逻辑异或） bic（位清除指令）

ORN（逻辑或非，进Thumb-2）

bicr0,r1,#0x1f@ 将r1中的数的bit0到bit4清零后赋值给r0

1.3. 比较指令， CMP CMN TST TEQ

乘法指令， MUL MLA UMULL UMLAL SMULL SMLAL

算术指令add（加法） sub（减法） rsb（反向减法） adc（带进位加法） sbc（带进位减法） rsc（带进位反向减法，进ARM）

1.4. 比较指令cmp  cmn  tst  teq

cmpcmp r0, r1  等价于 sub r2, r0, r1 (r2 = r0 - r1)

cmncmn r0, r1  等价于 add r0, r1

tsttst r0, #0xf@测试r0的bit0～bit3是否全为0

teq

比较指令用来比较2个寄存器中的数

注意：比较指令不用后加s后缀就可以影响cpsr中的标志位。

1.5. 乘法指令mvl  mla  umull  umlal  smull  smlal

2. 跳转指令

3. ARM协处理器指令

4. ARM杂项指令 SWI MRS MSR

5. ARM伪指令ADR  ADRI LDR NOP

常用ARM指令2：cpsr访问指令

mrs & msr

mrs用来读psr，msr用来写psr

CPSR（程序状态寄存器）寄存器比较特殊，需要专门的指令访问，这就是mrs和msr。

常用ARM指令3：跳转(分支)指令

b & bl & bx

b 直接跳转（就没打开算返回）

bl branch and link，跳转前把返回地址放入lr（链接寄存器）中，以便返回，以便用于函数调用

bx跳转同时切换到ARM模式，一般用于异常处理的跳转。

常用ARM指令4：访存指令

ldr/str &ldm/stm & swp

Ldr   含义理解： Load from memory into register

str   含义理解：Store from a register into memory

Ldm  含义理解：Load from memory into register

Stm  含义理解：Store from a register into memory

单个字/半字/字节访问 ldr/str

多字批量访问  ldm/stm

swp r1, r2, [r0]

swp r1, r1, [r0]

ARM汇编中的立即数

合法立即数与非法立即数

        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位表示的即为合法立即数

常用ARM指令5：软中断指令

swi（software interrupt）

软中断指令用来实现操作系统中系统调用

1.2.18.ARM汇编指令集4

协处理器cp15操作指令

mcr & mrc

mrc用于读取CP15中的寄存器

mcr用于写入CP15中的寄存器

什么是协处理器

SoC内部另一处理核心，协助主CPU实现某些功能，被主CPU调用执行一定任务。

ARM设计上支持多达16个协处理器，但是一般SoC只实现其中的CP15.（cp：coprocessor）

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管理等有关。

MRC & MCR的使用方法

mcr{}   p15, , , , , {}

opcode_1：对于cp15永远为0

Rd：ARM的普通寄存器

Crn：cp15的寄存器，合法值是c0～c15

Crm：cp15的寄存器，一般均设为c0

opcode_2：一般省略或为0

举例（来自于uboot）

mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0

orrr0, r0, #1

mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0

协处理器学习要点

不必深究，将uboot中和kernel中起始代码中的一般操作搞明白即可。

只看一般用法，不详细区分参数细节，否则会陷入很多复杂未知中。

关键在于理解，而不在于记住。

1.2.19.ARM汇编指令集5

为什么需要多寄存器访问指令

ldr/str每周期只能访问4字节内存，如果需要批量读取、写入内存时太慢，解决方案是stm/ldm

ldm(load register mutiple)

stm（store register mutiple）

举例（uboot start.S 537行）

stmia sp, {r0 - r12}

   将r0存入sp指向的内存处（假设为0x30001000）；然后地址+4（即指向0x30001004），将r1存入该地址；然后地址再+4（指向0x30001008），将r2存入该地址······直到r12内容放入（0x3001030），指令完成。

一个访存周期同时完成13个寄存器的读写

8种后缀

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（decrease before）先地址-4，再传输

fd（full decrease）满递减堆栈

ed（empty decrease）空递减堆栈

fa（full ascending） 满递增堆栈

ea（empty ascending）空递增堆栈

四种栈

空栈：栈指针指向空位，每次存入时可以直接存入然后栈指针移动一格；而取出时需要先移动一格才能取出

         满栈：栈指针指向栈中最后一格数据，每次存入时需要先移动栈指针一格再存入；取出时可以直接取出，然后再移动栈指针

增栈：栈指针移动时向地址增加的方向移动的栈

减栈：栈指针移动时向地址减小的方向移动的栈

！的作用

ldmia r0, {r2 - r3}

ldmia r0！, {r2 - r3}

感叹号的作用就是r0的值在ldm过程中发生的增加或者减少最后写回到r0去，也就是说ldm时会改变r0的值。

^的作用

ldmfd sp!, {r0 - r6, pc}

ldmfd sp!, {r0 - r6, pc}^

^的作用：在目标寄存器中有pc时，会同时将spsr写入到cpsr，一般用于从异常模式返回。

总结

批量读取或写入内存时要用ldm/stm指令

各种后缀以理解为主，不需记忆，最常见的是stmia和stmfd

谨记：操作栈时使用相同的后缀就不会出错，不管是满栈还是空栈、增栈还是减栈

2、6类指令：

前导零计数。

程序状态寄存器访问指令：MRS  MSR

跳转指令： B BL BX

访存指令： LDR/STR LDM/STM SWP

异常中断产生指令： SWI

协处理器指令: mcr mrc

3、LDR/STR架构

LDR LDRB LDRH LDRSB LDRSH

STR STRB STRH STRSB STRSH

LDM/STM

SWP SWPB

4、指令后缀：B H S

5、条件后缀：

EQ/NE:等于/不等于(equal / not equal)

HS/LO:无符号数高于或等于/无符号数小于(higher or same/lower)

HI/LS:无符号数高于/无符号数低于或等于(higher/lower or same)

GE/LT:有符号数大于或等于/有符号数小于(greater or equal/less than)

GT/LE:有符号数大于/有符号数小于或等于(greater than/less or equal)

MI/PL:负/非负

VS/VC:溢出/不溢出(overflow set / overflow clear)

CS/CC:进位/无进位(carry set / carry clear

6、ldm/stm与栈的操作
ldmfd/stmfd

ldmia/stmia

7、合法、非法立即数

伪指令（gnu汇编伪指令）

         ARM汇编程序常用的编译环境有2个：ARMASM（ARM官方汇编格式，Windows中常用，如ADS、MDK，指令一般用全大写）和GNU ARM ASM（开源社区常用，如uboot、linux，指令一般全小写）。

@开头的之后部分是注释（@不一定非在行首，类似于C中的//）

#开头的整行注释。一般整行注释用#而前面是代码后面写注释的用@

:结尾的是标号

标号+f，表示在引用处向前找；标号+b，表示在引用的地方向后查找； 局部标号一般用数字1、2

点号“.”在汇编中表示当前指令的地址

直接操作数前缀用#或$

.globalxx（有时写为.globl）给符号xx外部链接属性，一般为了在别的文件中引用这个符号

.section.mysection自定义数据段，段名为“.mysection”

.align 2 4字节对齐

.balign/.balignw/.balignl字节/2字节/4字节填充

注意.align数字是2的n次方，而.balign数字是直接数字

.ascii "string..."定义一个ascii字符串

.byte .short .long .word .quad .float .string .ascii

.equ .set赋值语句

.end  文件结束

.include 头文件包含

.if .else .endif条件编译，类似于C语言的#if #elif #endif

.arm / .code32以ARM指令格式编译

.thumb / .code16以thumb指令格式编译

nop

ldr

adr

宏定义

.macro macroname

宏体

.endm

1.2.20.ARM汇编伪指令

伪指令的意义

伪指令不是指令，伪指令和指令的根本区别是经过编译后会不会生成机器码。

伪指令的意义在于指导编译过程。

伪指令是和具体的编译器相关的，我们使用gnu工具链，因此学习gnu环境下的汇编伪指令。

gnu汇编中的一些符号

@ 用来做注释。可以在行首也可以在代码后面同一行直接跟，和C语言中//类似

# 做注释，一般放在行首，表示这一行都是注释而不是代码。

：以冒号结尾的是标号

.  点号在gnu汇编中表示当前指令的地址

# 立即数前面要加#或$，表示这是个立即数

常用gnu伪指令

.global _start@ 给_start外部链接属性

.section .text@ 指定当前段为代码段

.ascii .byte .short .long .word

.quad .float .string @ 定义数据

.align 4@ 以16字节对齐

.balignl 16 0xabcdefgh @ 16字节对齐填充

.equ@ 类似于C中宏定义

偶尔会用到的gnu伪指令

.end@标识文件结束

.include@ 头文件包含

.arm / .code32@声明以下为arm指令

.thumb / .code16@声明以下为thubm指令

最重要的几个伪指令

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

ARM中有一个ldr指令，还有一个ldr伪指令

一般都使用ldr伪指令而不用ldr指令

adr与ldr

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。