ARM架构
一、ARM体系结构
1、ARM相关的概念
1. 机器码：编译器将汇编指令编译生成具有特定功能的机器码(二进制数010101的集合)，
执行机器码可以完成某个特定的功能。
2. 汇编指令：执行汇编指令可以完成某个特定的功能(指令是硬件，加法运算器等，由三极管mos管组装而成)。
3. 汇编指令集：很多不同功能的汇编指令的集合。汇编指令的可移植性比较差
4. 架构：汇编指令集的版本的命名
ARM架构 X86-64架构 Mips架构 PowerPC架构 Risc-V架构 loongarch架构
ARM架构的版本：
ARM-v1 ~ ARM-v6 : 目前已经淘汰
ARM-v7：32位的架构，支持32位的ARM指令集
ARM-v8：64位的架构，支持64位的ARM指令集，向下兼容ARM-v7架构
ARM-v9: 2021年发布的新的一代ARM架构，目前ARM高端处理器基本使用的都是
ARM-v9架构
5. ARM内核：ARM公司基于不同的ARM架构，设计出不同性能的ARM内核。
ARM内核的命名方式：
Cortex-A53/A55/A72/A76/A78/A710/A510 : 主要用于高端处理器中
Cortex-x1/x2/x3 : 主要用于高端处理器中
Cortex-M0/M1/M3/M7 : 主要用于单片机中，低端的处理器
cortex-R系列：主要针对于对实时性要求比较高的场合
6. SOC : System On Chip:片上系统
一款处理器，在内核的基础之上，有添加了很多不同的外设资源，
这样的处理器可以统称为SOC.
SOC : 片上系统， 可以是单片机，可以是高端处理器
CPU : 中央处理单元， 可以是单片机，可以是高端处理器
MCU : 微控制单元， 主要指的单片机
MPU : 微处理单元，主要指高端处理器
GPU : Graph Process Unit,图形处理单元
VPU : Video Processing Unit，视频处理单元2、RISC和CISC的区别
2.1RISC指令集
RISC : 精简指令集
ARM架构，RISC-v架构，Mips架构,PowerPC架构，都属于精简指令集的架构
精简指令集特点：指令相对比较简单，比较容易理解
指令的周期和指令的宽度固定。
指令周期：执行一条汇编指令需要的时钟周期的个数。
CPU的主频，CPU的频率的倒数为周期
比如：CPU主频为2GHz,
一个周期的时间为 = 1 / 2G (单位s)
指令宽度：指令被编译生成机器码，1条汇编指令占用代码段的空间，
32位处理器或者64位处理器，指令的宽度为4字节。
2.2 CISC指令集
CISC : 复杂指令集
X86, X86-64, 属于复杂指令集的架构
复杂指令集的特点：复杂指令集更加注重指令的功能性，
指令的周期和指令的宽度不固定。
3、ARM架构数据类型的约定
3.1 ARM-v7架构数据类型的约定
byte ---> 字节 ---> 8bits ---> 1字节
half word ---> 半字 ---> 16bits ---> 2字节
word ---> 字 ---> 32bits ---> 4字节
double word ---> 双字 ---> 64bits ---> 8字节3.2 ARM-v8架构数据类型的约定
byte ---> 字节 ---> 8bits ---> 1字节
half word ---> 半字 ---> 16bits ---> 2字节
word ---> 字 ---> 32bits ---> 4字节
double word ---> 双字 ---> 64bits ---> 8字节
quad word ---> 四字 ---> 128bits ---> 16字节4、ARM内核处理器的工作模式
4.1 Cortex-M核处理器的工作模式
线程模式：执行的用户代码，主要是主函数中的代码
异常模式：执行的是异常处理程序，中断，复位，硬件错误4.2 Cortex-A核处理器的工作模式
不同的工作模式下，执行不同的代码，最终完成不同的功能。
5、ARM寄存器的组织(重点!重点!重点!)
5.1 寄存器的介绍
5.2 寄存器组织 
灰色表示不存在
1. 每个小方块是一个寄存器，32位处理器，每个寄存器都是32位的。
2. 寄存器是没有地址的，通过寄存器的编号进行访问，R0-R15,cpsr,spsr
寄存器为什么没有地址？
add r0, r1, r2
|
编译生成32位的机器码
|
32位机器码中需要存储
add的信息，r0,r1,r2(如果用地址的话，地址就占32位，r0，r1，r2每个寄存器都有32个地址，32位的
机器码存不下，溢出了，所以不用地址指向寄存器)
的信息。
add被编译生成4位机器码
r0,r1,r2也会被编译生成4位机器码
3. 每种工作模式下，只能访问自己对应模式下的寄存器，不可以访问其他模式下的
User和Sys模式下，最多可以访问17个寄存器；
FIQ/IRQ/SVC/ABT/UND/MON模式下，最多可以访问18个寄存器；
HYP模式下，最多可以访问19个寄存器。
4. Banked类型的寄存器表示私有的寄存器；
非Banked类型的寄存器表示公有的寄存器。
5. 如果工作模式下自己有的就访问自己的，没有就访问共有的
6. User模式和Sys模式共用同一套寄存器组织。6、特殊的寄存器
6.1 SP寄存器
R13 ---> 别名：sp ---> the Stack Pointer
作用：SP寄存器中存储的是执行栈空间的地址。
栈空间主要用于压栈保存现场，出栈恢复现场。
6.2 LR寄存器
6.3 PC寄存器
R15 ---> 别名：PC ---> The Program Counter : 程序计数寄存器
作用：PC寄存器中存储的是当前取指指令的地址，
每完成取指操作之后，PC会自动加4指向下一条指令。
6.4 CPSR 寄存器
CPSR : Current Program Statu Register : 当前程序状态寄存器
CPSR寄存器中存储的是当前处理器的运行的状态，比如：工作模式
所有的工作模式共用一个CPSR寄存器6.5 SPSR 寄存器
SPSR : Save program Statu Register : 保存程序状态寄存器
SPSR寄存器主要用于对CPSR寄存器进行备份的。
每种异常模式下都有一个私有的SPSR寄存器。
7、CPSR寄存器的详解
N[31] : 指令的运算结果为负数时，
N位被自动置1，否则为0.
Z[30] ：指令的运算结果为零时，
Z位被自动置1，否则为0.
C[29] ：
加法：低32位向高32位进位时，C位被自动置1，否则为0.
32位的处理器的寄存器为32位的，1条汇编指令本身就可以完成
32位以内数据的运算，如果数据超过32位之后，就需要考虑进位。
减法：低32位向高32位借位，C位被自动清0，否则为1.
V[28] ：符号位发生变化，V位被自动置1，否则为0.
I[7] ：IRQ屏蔽位
I = 1：屏蔽IRQ类型的中断
I = 0：不屏蔽IRQ类型的中断
F[6] ：FIQ屏蔽位
F = 1：屏蔽FIQ类型的中断
F = 0：不屏蔽FIQ类型的中断
T[5] ：状态位
T = 0 : ARM状态， 执行ARM汇编指令集
一条ARM汇编指令占4字节的代码段的空间
T = 1 : thumb状态，执行Thumb汇编指令集
一条Thumb汇编指令占2字节的代码段的空间。
M[4:0] ：模式位
10000 User mode;
10001 FIQ mode;
10011 SVC mode;
10111 Abort mode;
11011 Undfined mode;
11111 System mode;
10110 Monitor mode;
10010 IRQ mode.8、汇编指令流水线
为了提高指令的执行的效率，指令的执行采用流水线的方式。
三级流水线
五级流水线
七级流水线
八级流水线
十三级流水线
重点理解三级流水线：
取指器：根据PC寄存器的指令的地址，从代码段取出指令对应的机器码。
译码器：翻译指令对应的机器码，将指令最终交给对应的执行器。
执行器：执行汇编指令，完成一个特定的功能，并将指令的执行结果写到寄存器中。
以上三个器件都是相互独立的器件，工作互不干扰，都属于单周期的器件。
执行1条汇编指令大概需要1个时钟周期：9 / 7 = 1
以上指令的指令是理想状态下的指令的流水线，
函数的调用，异常的处理会打断理想状态下的指令的流水线。
9、汇编指令流水线
9.1 本地开发和交叉开发
本地开发 ： PC端编写代码，PC端编译代码，PC端运行代码
交叉开发 ： PC端编写代码，PC端编译代码，目标板运行代码
单片机开发就属于交叉开发：
Keil工具编写代码，编译代码 ---> 烧录到开发板中运行程序
linux驱动开发板属于交叉开发：
ubuntu中编写代码，编译代码 ---> 烧录到开发板中运行程序
PC : X86-64架构 ---> gcc编译器 ---> 编译生成x86-64架构的可执行程序
开发板 ：arm架构 ---> 交叉编译器 ---> 编译生成ARM架构的可执行程序
9.2 ubuntu开发环境的搭建-》安装ARM交叉编译器
1> 在ubuntu的家目录下创建一个toolchain目录
cd ~
mkdir toolchain
2> 拷贝交叉编译工具链的压缩包到toolchain目录下
cd ~/toolchains
cp 拷贝交叉编译器到toolchains目录下 ./
3> 对交叉编译器的压缩包进行解压缩
tar -vxf gcc-linaro-7.5.0-2019.12-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar
解压缩成功之后会得到gcc-linaro-7.5.0-2019.12-x86_64_arm-linux-gnueabihf目录
将交叉编译器的目录简化：
mv gcc-linaro-7.5.0-2019.12-x86_64_arm-linux-gnueabihf gcc-7.5.0
交叉编译器在~/toolchain/gcc-7.5.0/bin目录下。
切记：不要在windows下进行解压缩，不支持软链接文件。
4> 配置PATH系统环境变量，将交叉编译器的路径添加到PATH环境变量中
/etc/profile
/etc/environment
/etc/bash.bashrc -----> 对所有的用户有效
~/.bashrc -----> 只对当前用户有效
本次配置使用sudo vi /etc/bash.bashrc文件，打开此文件在最后一行添加以下内容：
export PATH=$PATH:/home/linux/toolchain/gcc-7.5.0/bin
|-----> 修改为自己的交叉编译器所在的路径
5> 使环境变量立即生效
source /etc/bash.bashrc
6> 测试交叉编译器是否安装成功
arm-linux-gnueabihf-gcc -v
arm-l（tab键）
出现以下提示信息表示安装成功：
gcc version 7.5.0 (Linaro GCC 7.5-2019.12)二、ARM汇编指令
1.汇编工程文件的介绍
1.1 start.s文件介绍
.text @ 伪操作，不占用代码段的空间，给编译器使用
@ 告诉编译器，.text后边的内容为代码
.globl _start @ 伪操作 将_start声明为全局的函数
@ 可以被外部的文件使用
_start: @ 标签，类似于C语言的函数名，表示汇编函数的入口
@ 及标签可以表示标签下的第一条汇编指令的地址
mov r0, #0xFF @ 汇编指令 编译器可以将其编译生成32位的机器码
@ 执行汇编指令的机器码可以完成特定的功能
@ mov是一个赋值的汇编指令
@ R0 = 0xFF
stop: @ 标签
b stop @ 跳转指令，跳转到stop标签下的第一条指令
@ 等价于while(1){}死循环
/*
在裸机开发中，必须在主函数中编译一个while(1){}
死循环，否则程序会跑飞，执行的结果不可预知。
在while(1){}死循环中轮询的处理各种事件。
*/
.end @ 伪操作，代码段结束1.2 map.lds文件的介绍
/*
map.lds ： 链接脚本文件，给编译器使用，
编译器解析链接脚本文件，最终决定对代码的配置和链接。
*/
/* 输出格式 ： ELF格式 32位 小端对齐 ARM架构可执行程序 */
OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm", "elf32-littlearm", "elf32-littlearm")
/*OUTPUT_FORMAT("elf32-arm", "elf32-arm", "elf32-arm")*/
/* 输出架构 （ARM架构）*/
OUTPUT_ARCH(arm)
/* 程序的入口 */
ENTRY(_start)
SECTIONS /* 段 */
{
. = 0x00000000; /* 代码的入口地址 */
. = ALIGN(4); /* 对齐 */
.text : /* 代码段 */
{
./Objects/start.o(.text) /* start.o文件必须放到代码段最开始的位置，start.s生成start.o*/
*(.text) /* 其他的.o文件 编译器看着排布 */
}
. = ALIGN(4);
.rodata : /* 只读数据段 */
{
*(.rodata) /* 常量 只读数据*/
}
. = ALIGN(4);
.data : /* 数据段 */
{
*(.data) /* 初始化的全局变量，或者使用static修饰的初始化的变量 */
}
. = ALIGN(4);
__bss_start = .;
.bss : /* bss段 */
{
*(.bss) /* 未初始化的全局变量，或者使用static修饰的未初始化的变量 */
}
__bss_end__ = .;
}2.汇编文件中的符号
1. 伪操作：伪操作不占用代码段的空间，给编译器使用，
比如.text .global .globl .end .data .if .else .endif ....
注：编译器不同，汇编文件中的伪操作书写方式不同。
2. 汇编指令：编译器可以将汇编指令编译生成机器码，执行汇编指令可以完成特定的功能。
比如：mov r0, #0xFF ===> r0 = 0xFF
3. 伪指令：伪指令本身不是一条汇编指令，编译器可以将伪指令编译生成多条汇编指令，
共同完成一条伪指令的功能。
4. 注释：
单行注释：@
多行注释：/**/
.if 0/1
.else
.endif
注：编译器不同，汇编文件中的单行注释方式不同。3.汇编指令的分类
1. 数据操作指令
1> 数据搬移指令
2> 移位操作指令
3> 算数运算指令
4> 位运算指令
5> 比较指令
2. 跳转指令
3. Load/Store内存读写指令
1> 单寄存器操作指令
2> 多寄存器操作指令
3> 栈操作指令
4. 特殊功能寄存器操作指令
5. 软中断指令4.汇编指令的基本的语法格式
{cond}{S} Rd, Rn, shifter_oprand
解释：
：指令码(指令名字)， 比如：mov,add,sub....
{cond} ：条件码， 实现汇编指令的有条件的执行，后续讲解比较指令时详细解释。
{S} ：状态位， 加S，指令的执行结果影响CPSR的NZCV位，
不加S,指令的执行结果不影响CPSR的NZCV位。
Rd ：目标寄存器，存放指令的执行的结果
Rn ：第一个操作寄存器，只能是一个普通的寄存器，
等价于运算符的左操作数
shifter_oprand：第二个操作数， 等价于运算符的右操作数
1> 可以是一个普通的寄存器
2> 可以是一个立即数
3> 可以是一个移位操作的寄存器
{cond}{S}：这三部分书写时，连到一起写即可。
Rd, Rn, shifter_oprand：这三部分书写时，使用英文逗号隔开
和Rd之间使用空格隔开
一条汇编指令单独占一行，汇编文件中不严格区分大小写： 5.数据操作指令
5.1 移位操作指令
5.1.1 指令码
mov : 直接赋值
mvn ：按位取反之后再进行赋值操作
5.1.2 指令格式
mov{cond}{S} Rd, shifter_oprand @ Rd = shifter_oprand
mvn{cond}{S} Rd, shifter_oprand @ Rd = ~shifter_oprand
数据搬移指令没有第一个操作寄存器
5.1.3 指令测试代码
/*1. 数据搬移指令 */
@ 第二个操作数为一个立即数，立即数前需要加#
mov r0, #0xFF @ 功能：R0 = 0xFF
@ 第二个操作数为一个普通的寄存器
mov r1, r0 @ 功能：R1 = R0
mvn r2, #0xFF @ 功能：r2 = ~0xFF = 0xFFFFFF00
5.1.4 立即数的概念
mov r0, #0xFF
@ mov r1, #0xFFF
@ mov r2, #0xFFFF
mov r3, #0x00FFFFFF
mov r4, #0xFF000000
mov r4, #0x00FF0000
mov r5, #0x1F800000
立即数的概念不需要记忆，不同的汇编指令，立即数占用的位数也是不同的。
5.1.5 ldr伪指令
格式：
ldr Rd, =number @ Rd = number
ldr r0, =0x123456785.2 移位操作指令
5.2.1 指令码
lsl : 逻辑左移/无符号数左移
lsr : 逻辑右移/无符号数右移
asr : 算数右移/有符号数右移
ror : 循环右移
5.2.2 指令格式
{cond}{S} Rd, Rn, shifter_oprand
5.2.3 指令测试代码
/* 2. 移位操作指令 */
mov r0, #0xFF
@ 逻辑左移：高位移出，低位补0
lsl r1, r0, #4 @ r1 = r0 << 4 = 0xFF0
@ 逻辑右移：低位移出，高位补0
lsr r2, r0, #4 @ r2 = r0 >> 4 = 0xF
@ 算数右移：低位移出，高位补符号位
asr r3, r0, #4 @ r3 = r0 >> 4 = 0xF
@ 循环右移：低位移出，补到高位
ror r4, r0, #4 @ r4 = r0 >> 4 = 0xF000000F
@
mov r0, #-1 @ r0 = 0xFFFFFFFF
@ 算数右移：低位移出，高位补符号位
asr r5, r0, #4
@ 第二个操作数是一个经过移位的寄存器
mov r0, #0xFF
mov r1, r0, lsl #4 @ r1 = r0 << 4 = 0xFF0
5.3 位运算指令(重要!重要!重要!)
5.3.1 指令码
and ： 按位与运算(&)
orr ： 按位或运算(|)
eor ： 按位异或运算(^)
bic ： 按位清除运算
与0清0，与1不变
或1置1，或0不变
异或1取反，异或0不变
| 左操作数 | 运算符 | 右操作数 | 结果 |
|---|---|---|---|
| 0 | & | 0 | 0 |
| 1 | & | 0 | 0 |
| 0 | & | 1 | 0 |
| 1 | & | 1 | 1 |
| 左操作数 | 运算符 | 右操作数 | 结果 |
|---|---|---|---|
| 0 | | | 0 | 0 |
| 1 | | | 0 | 1 |
| 0 | | | 1 | 1 |
| 1 | | | 1 | 1 |
| 左操作数 | 运算符 | 右操作数 | 结果 |
|---|---|---|---|
| 0 | ^ | 0 | 0 |
| 1 | ^ | 0 | 1 |
| 0 | ^ | 1 | 1 |
| 1 | ^ | 1 | 0 |
5.3.2 指令格式
{cond}{S} Rd, Rn, shifter_oprand
5.3.3 指令测试代码
/* 3. 位运算指令 */
@ 假设R0寄存器有一个默认值，对R0寄存器的某些位进行操作
ldr r0, =0x12345678
@31 0
@ **** **** **** **** **** **** **** ****
@ 1> 将R0寄存器中的值的第[3]位清0，保持其他位不变
@ r0 = r0 & 0xFFFFFFF7; <===> r0 = r0 & (~(0x1 << 3));
and r0, r0, #0xFFFFFFF7 @ <==> and r0, r0, #(~(0x1 << 3))
@ 2> 将r0寄存器中的值的第[29]位置1，保持其他位不变
orr r0, r0, #(0x1 << 29)
@ 3> 将R0寄存器中的值的第[7:4]位清0，保持其他位不变
and r0, r0, #(~(0xF << 4))
@ 4> 将R0寄存器中的值的第[15:8]位置1，保持其他位不变
orr r0, r0, #(0xFF << 8)
@ 5> 将R0寄存器中的值的第[3:0]位按位取反，保持其他位不变
eor r0, r0, #(0xF << 0)
@ 6> 将R0寄存器中的值的第[11:4]位修改为10101011，保持其他位不变
@ 6.1> 先整体清0
and r0, r0, #(~(0xFF << 4))
@ 6.2> 再将对应的位置1
orr r0, r0, #(0xAB << 4)
@ 6.1> 先整体置1
orr r0, r0, #(0xFF << 4)
@ 6.2> 再将对应的位清0
@ 10101011 ===》 01010100
and r0, r0, #(~(0x54 << 4))
@ bic 指令： 按位清0的指令
@ 第二个操作数的哪位为1，就将第一个操作寄存器中的数据的哪位清0，
@ 然后将结果写回到目标寄存器中
bic r0, r0, #0xFF @ <==> and r0, r0, #(~0xFF)
5.4 算数运算指令
5.4.1 指令码
add ：普通的加法指令，不需要考虑进位标志位(C位)
adc ：带进位的加法指令， 需要考虑进位标志位(C位)
sub ：普通的减法指令，不需要考虑借位标志位(C位)
sbc ：带借位的减法指令，需要考虑借位标志位(C位)
mul ： 乘法指令
div ：除法指令， ARM-v8之后的架构才支持除法指令
5.4.2 指令格式
{cond}{S} Rd, Rn, shifter_oprand
5.4.3 指令测试代码
@ 案例1：实现两个64位数相加
@ r0和R1存放第1个64位的数
@ r2和r3存放第2个64位的数
@ r4和r5存放运算的结果
@ 第一步：准备两个64位的整数
mov r0, #0xFFFFFFFE @ 第1个数的低32位
mov r1, #0x7 @ 第1个数的高32位
mov r2, #0x8 @ 第2个数的低32位
mov r3, #0x9 @ 第2个数的高32位
adds r4, r0, r2 @ r4 = r0 + r2 = 0x00000006
adc r5, r1, r3 @ r5 = r1 + r3 + C = 0x11
@ 案例2：实现两个64位数相减
@ r0和R1存放第1个64位的数
@ r2和r3存放第2个64位的数
@ r4和r5存放运算的结果@ 算数运算指令
mov r0, #0x6 @ 第1个数的低32位
mov r1, #0x7 @ 第1个数的高32位
mov r2, #0x8 @ 第2个数的低32位
mov r3, #0x3 @ 第2个数的高32位
subs r4, r0, r2 @ r4 = r0 - r2 = 0xFFFFFFFE
sbc r5, r1, r3 @ r5 = r1 - r3 - !C = 0x3
@ 乘法指令 mul
mov r0, #3
mov r1, #4
mul r2, r0, r1 @ r2 = r0 * r1 = 0xC
@ 乘法指令的第二个操作数只能是一个寄存器
@ mul r3, r2, #2 @ error
5.5 比较指令
5.5.1 指令码
cmp
5.5.2 指令格式
cmp Rn, shifter_oprand
1. cmp指令没有目标寄存器，只有第一个操作寄存器和第二个操作数
2. cmp指令就是用于比较两个数的大小，本质就是进行减法运算。
Rn - shifter_oprand
3. cmp指令的执行结果最终会影响CPSR的NZCV位，并且不需要加S.
4. cmp指令经常和条件码配合使用，实现汇编指令的有条件执行。
5. 条件码可以实现汇编指令的有条件执行
5.5.3 参考案例
/* 5. 比较指令 */
mov r0, #9
mov r1, #15
/*
比较r0和r1寄存器中的值的大小：
如果r0>r1 ，则 r0 = r0 - r1
如果r0r1
subcc r1, r1, r0 @ r0 6、跳转指令
6.1 指令码
b : 不保存返回地址的跳转指令
bl : 保存返回地址的跳转指令
6.2 指令格式
b/bl{cond} Label(函数名)
Label: ---> 标签表示汇编函数的入口地址
函数体
b: 跳转到Label标签下的第一条指令，不保存返回地址到LR中
b跳转指令的使用场合：有去无回就用b跳转指令，
比如：
stop:
.....
b stop
bl: 跳转到Label标签下的第一条指令，同时保存返回地址到LR中
bl跳转指令的使用场合：有去有回就用bl跳转指令
比如：函数的调用
跳转指令的本质就是修改PC值，修改PC所指向的汇编指令。
6.3 指令测试代码
/*6. 跳转指令 */
@ 案例：封装函数，实现交换两个寄存器中的值
mov r0, #9
mov r1, #15
@ 使用bl指令调用函数
@ 自动保存返回地址到LR中
bl swap_func
nop @ 控制器，占位，没有任何的含义
@ LR寄存器中保存的是nop指令的地址
.if 0
b stop @ 不需要保存返回地址，使用b跳转指令
.else
ldr pc, =stop
.endif
swap_func:
eor r0, r0, r1
eor r1, r0, r1
eor r0, r0, r1
mov pc, lr @ 函数的返回
stop:
b stop
6.4 实现跳转的其他的方式
b label
bl label
mov pc, lr @ 一般用于函数的返回
ldr pc, =label @ 等价于b label
mov pc, #label @ 要求：label标签标识的地址必须是一个立即数
@ 此种用法不建议使用
6.5 综合练习题：求两个数的最大公约数
mov r0,#0x9
mov r1,#0x15
AAA:
cmp r0,r1
bEQ stop
subHI r0,r0,r1
subCC r1,r1,r0
b AAA
stop:
b stop7、特殊功能寄存器操作指令
7.1 指令码
msr
mrs
特殊功能寄存器操作指令是对cpsr寄存器进行读写操作的。
7.2 指令格式
msr cpsr, Rn @ 将Rn寄存器中的值赋值给CPSR寄存器
mrs Rd, cpsr @ 将CPSR寄存器中的值赋值给Rd寄存器
7.3 指令测试代码
用切换模式的方式验证这两条指令
/* 系统上电，默认工作在SVC模式下
此时CPSR的M[4:0]位 = 0b10011,
修改CPSR寄存器的M位，从SVC模式切换到用户模式
用户模式CPSR的M[4:0]位 = 0b10000,
操作CPSR寄存器时，只修改M位，其他位保持不变
*/
@ 方式1：直接给CPSR寄存器赋值
.if 0
msr cpsr, #0xD0 @ 0b1101 0000
.elif 0
mov r0, #0xD0
msr cpsr, r0
.endif
@ 方式2：间接修改CPSR的M位
mrs r0, cpsr @ 先读到普通寄存器中
bic r0, r0, #0x1F @ 对普通寄存器清0(只给要改的位清零)
orr r0, r0, #0x10 @ 将对应的位置1
msr cpsr, r0 @ 将结果写回到cpsr中
8、Load/Store内存读写指令
8.1 单寄存器操作指令(重要!重要!重要!)
8.1.1 指令码
ldr ---> 将内存地址中的数据读到寄存器中，读4字节
str ---> 将寄存器中的数据写到内存地址中，写4字节
ldrh ---> 将内存地址中的数据读到寄存器中，读2字节
strh ---> 将寄存器中的数据写到内存地址中，写2字节
ldrb ---> 将内存地址中的数据读到寄存器中，读1字节
strb ---> 将寄存器中的数据写到内存地址中，写1字节
ld : load st:store r:register h : half b : byte
8.1.2 指令格式
ldr/ldrh/ldrb Rd, [Rm]
[Rm] ： Rm寄存器中的数据被当成一个地址看待
将Rm指向的地址空间的数据读到Rd寄存器中。
int a = 100;
int *p = &a;
p <==> [Rm]
int b = *p; <==> ldr Rd, [Rm]
str/strh/strb Rn, [Rm]
[Rm] ： Rm寄存器中的数据被当成一个地址看待
将Rn寄存器中的数据写到Rm指向的地址空间中
int a = 100;
int b = 200;
int *p = &a;
p <==> [Rm]
*p = b; <==> str Rn, [Rm]
8.1.3 指令测试代码
ldr r0, =0x40000800 @ 准备内存的地址
ldr r1, =0x12345678 @ 准备数据
@ 将r1中的数据写到r0指向的地址空间中
str r1, [r0]
@ 将r0指向的地址空间中的数据读到r2中
ldr r2, [r0]
问题1：为什么使用0x40000800内存地址，可否使用其他地址？
被映射后有可读可写的权限，可以自己映射，但重新启动以后又需要重新映射
问题2：如何查看内存中的数据？
8.1.4 单寄存器操作指令的语法扩展
ldr/ldrh/ldrb Rd, [Rm, #offset]
将Rm+offset指向地址空间中的数据读到Rd寄存器中，
Rm寄存器中存储的地址不变
ldr/ldrh/ldrb Rd, [Rm], #offset
将Rm指向的地址空间中的数据读到Rd寄存器中，
同时，更新Rm指向的地址空间，Rm = Rm + offset
ldr/ldrh/ldrb Rd, [Rm, #offset]!
将Rm+offset指向的地址空间中的数据读到Rd寄存器中，
同时，更新Rm指向的地址空间，Rm = Rm + offset
! : 作用：更新Rm指向的地址空间
str/strh/strb同样支持以上三种不同的用法。
ldr r0, =0x40000800 @ 准备地址
ldr r1, =0x11111111 @ 准备数据
ldr r2, =0x22222222
ldr r3, =0x33333333
@ 将r1中的数据写到r0+4指向的地址空间中，
@ R0寄存器中存储的地址不变
@ [0x40000804] = 0x11111111 R0 = 0x40000800
str r1, [r0, #4]
@ 将r2中的数据写到r0指向的地址空间中，
@ 同时，更新r0中的地址，r0 = r0 + 4
@ [0x40000800] = 0x22222222 R0 = 0x40000804
str r2, [r0], #4
@ 将r3中的数据写到r0+4指向的地址空间中，
@ 同时，更新r0中的地址，r0 = r0 + 4
@ [0x40000808] = 0x33333333 R0 = 0x40000808
str r3, [r0, #4]!
@ 练习题：
ldr r0, =0x40000800 @ 准备地址
ldr r1, =0x12345678 @ 准备数据
str r1, [r0] @ 将r1中的数据写到r0指向的地址空间中
@ 使用ldrb指令按照字节的方式，将每个字节中的数据读到r2-r5寄存器中
ldrb r2, [r0, #0]
ldrb r3, [r0, #1]
ldrb r4, [r0, #2]
ldrb r5, [r0, #3]
ldrb r2, [r0], #1
ldrb r3, [r0], #1
ldrb r4, [r0], #1
ldrb r5, [r0], #1
ldr r0, =0x40000800 @ 更新r0中的地址
ldrb r2, [r0,#0]!
ldrb r3, [r0,#1]!
ldrb r4, [r0,#1]!
ldrb r5, [r0,#1]!
8.2 多寄存器操作指令
8.2.1 指令码
stm
ldm
m ：multi
8.2.2 指令格式
stm Rm, {寄存器列表}
Rm寄存器中的数据将被当成内存的地址看待
将寄存器列表中的所有的寄存器中的数据，写到Rm指向的连续的地址空间中
ldm Rm, {寄存器列表}
Rm寄存器中的数据将被当成内存的地址看待
将Rm指向的连续的地址空间的数据，读到寄存器列表的每个寄存器中。
寄存器列表的书写格式：
1> 如果寄存器的编号连续，则使用“-”隔开
比如：r1-r5
2> 如何寄存器的编号不连续，则使用“,”隔开
比如：r1-r4,r7,r9
3> 寄存器列表中的寄存器要求从小到大的编号进行书写
比如：
r1-r4,r7,r9 ： Ok, 编译可以通过
r4-r1 ： Error, 编译报错
r4,r3,r2,r1 ： Ok, 编译会报警告
4> 不管寄存器列表中的寄存器的顺序如何书写，
永远都是小编号的寄存器对应的使低地址，
大编号的寄存器对应的是高地址。
8.2.3 指令测试代码
ldr r0, =0x40000800 @ 准备地址
ldr r1, =0x11111111 @ 准备数据
ldr r2, =0x22222222
ldr r3, =0x33333333
ldr r4, =0x44444444
ldr r5, =0x55555555
@ 将r1-r5中的数据写到r0指向的
@ 连续的20字节空间中
@ stm r0, {r1-r5}
stm r0, {r5,r4,r3,r2,r1}
@ 将r0指向的连续的20字节空间的数据，
@ 读到r6-r10寄存器中
@ ldm r0, {r6-r9,r10}
ldm r0, {r10,r9,r8,r7,r6}
8.3 栈操作指令
8.3.1 栈的种类
增栈：压栈之后，栈指针向高地址方向移动。
减栈：压栈之后，栈指针向低地址方向移动。
满栈：当前栈指针指向的栈空间有有效的数据，需要先移动栈指针，
指向一个没有有效数据的空间之后，然后再压入新的数据，
此时栈指针指向的空间依然有有效数据，因此再次压入数据时，
依然要先移动栈指针再压入新的数据。
空栈：当前栈指针指向的空间没有有效的数据，可以先压入数据，
然后再移动栈指针指向一个没有有效数据的空间，
因此载入压入数据时，可以先押入数据再移动栈指针。
8.3.2 栈的操作方式
满增栈 ：Full Ascending
满减栈 ：Full Descending
空增栈 ：Empty Ascending
空减栈 ：Empty Descending
8.3.3 栈的读写指令
满增栈 ：Full Ascending
stmfa/ldmfa
满减栈 ：Full Descending
stmfd/ldmfd
空增栈 ：Empty Ascending
stmea/ldmea
空减栈 ：Empty Descending
stmed/ldmed
ARM处理器规定默认使用的是满减栈。
8.3.4 指令的语法格式
stmfd sp!, {寄存器列表}
将寄存器列表中的所有的寄存器的数据，压栈到SP指向的连续的栈空间中，
! : 同时更新栈指针指向的地址
ldmfd sp!, {寄存器列表}
将栈指针指令的连续的栈空间的数据，出栈到寄存器列表的每个寄存器中，
! : 同时更新栈指针指向的地址
寄存器列表的书写格式：
1> 如果寄存器的编号连续，则使用“-”隔开
比如：r1-r5
2> 如何寄存器的编号不连续，则使用“,”隔开
比如：r1-r4,r7,r9
3> 寄存器列表中的寄存器要求从小到大的编号进行书写
比如：
r1-r4,r7,r9 ： Ok, 编译可以通过
r4-r1 ： Error, 编译报错
r4,r3,r2,r1 ： Ok, 编译会报警告
4> 不管寄存器列表中的寄存器的顺序如何书写，
永远都是小编号的寄存器对应的使低地址，
大编号的寄存器对应的是高地址。
8.3.5 指令的测试代码
@ 初始化栈指针
ldr sp, =0x40000820
mov r0, #3
mov r1, #4
bl set_Value
add r2, r0, r1 @ r2 = r0 + r1 = 0x7
b stop
set_Value:
stmfd sp!, {r0-r1,LR} @ 压栈保存现场
mov r0, #5
mov r1, #6
bl add_func
ldmfd sp!, {r0-r1,PC} @ 出栈恢复现场
@ mov pc, lr
add_func:
stmfd sp!, {r0-r1} @ 压栈保存现场
mov r0, #7
mov r1, #8
add r3, r0, r1
ldmfd sp!, {r0-r1} @ 出栈恢复现场
mov pc, lr
8.3 栈操作指令
8.3.1 栈的种类
增栈：压栈之后，栈指针向高地址方向移动。
减栈：压栈之后，栈指针向低地址方向移动。
满栈：当前栈指针指向的栈空间有有效的数据，需要先移动栈指针，
指向一个没有有效数据的空间之后，然后再压入新的数据，
此时栈指针指向的空间依然有有效数据，因此再次压入数据时，
依然要先移动栈指针再压入新的数据。
空栈：当前栈指针指向的空间没有有效的数据，可以先压入数据，
然后再移动栈指针指向一个没有有效数据的空间，
因此载入压入数据时，可以先押入数据再移动栈指针。
8.3.2 栈的操作方式
满增栈 ：Full Ascending
满减栈 ：Full Descending
空增栈 ：Empty Ascending
空减栈 ：Empty Descending
8.3.3 栈的读写指令
满增栈 ：Full Ascending
stmfa/ldmfa
满减栈 ：Full Descending
stmfd/ldmfd
空增栈 ：Empty Ascending
stmea/ldmea
空减栈 ：Empty Descending
stmed/ldmed
ARM处理器规定默认使用的是满减栈。
8.3.4 指令的语法格式
stmfd sp!, {寄存器列表}
将寄存器列表中的所有的寄存器的数据，压栈到SP指向的连续的栈空间中，
! : 同时更新栈指针指向的地址
ldmfd sp!, {寄存器列表}
将栈指针指令的连续的栈空间的数据，出栈到寄存器列表的每个寄存器中，
! : 同时更新栈指针指向的地址
寄存器列表的书写格式：
1> 如果寄存器的编号连续，则使用“-”隔开
比如：r1-r5
2> 如何寄存器的编号不连续，则使用“,”隔开
比如：r1-r4,r7,r9
3> 寄存器列表中的寄存器要求从小到大的编号进行书写
比如：
r1-r4,r7,r9 ： Ok, 编译可以通过
r4-r1 ： Error, 编译报错
r4,r3,r2,r1 ： Ok, 编译会报警告
4> 不管寄存器列表中的寄存器的顺序如何书写，
永远都是小编号的寄存器对应的使低地址，
大编号的寄存器对应的是高地址。
8.3.5 指令的测试代码
@ 初始化栈指针
ldr sp, =0x40000820
mov r0, #3
mov r1, #4
bl set_Value
add r2, r0, r1 @ r2 = r0 + r1 = 0x7
b stop
set_Value:
stmfd sp!, {r0-r1,LR} @ 压栈保存现场
mov r0, #5
mov r1, #6
bl add_func
ldmfd sp!, {r0-r1,PC} @ 出栈恢复现场
@ mov pc, lr
add_func:
stmfd sp!, {r0-r1} @ 压栈保存现场
mov r0, #7
mov r1, #8
add r3, r0, r1
ldmfd sp!, {r0-r1} @ 出栈恢复现场
mov pc, lr9、软中断指令
9.1 指令码
swi
9.2 指令格式
swi{cond} 软中断号
软中断号的范围为：0 ~ 2^24-1
后续讲解异常处理过程时，讲解软中断指令实验一、点亮LED
流程：
使能时钟
