ARM體系結構學習4

ARM匯編程序特點:

l所有運算處理都是發生通用寄存器(一般是R0~R14)的之中.所有存儲器空間(如C語言變量的本質就是一個存儲器空間上的幾個BYTE).的值的處理,都是要傳送到通用寄存器來完成.因此代碼中大量看到LDR,STR指令來傳送值.

lARM匯編語句中.當前語句很多時候要隱含的使用上一句的執行結果.而且上一句的執行結果,是放在CPSR寄存器里,(比如說進位,為0,為負…)

CMP R0,R1

BNE NoMatch

比如上一句,BNE隱含的使用的上一句CMP執行結果.NE后綴表示使用Z標志位.兩句合起來的意思就是,如果R0,R1的值不相等,就跳轉到NoMatch處執行.

注意,PC=R15,CPSR=R16,

ARM偽指令不是必須的,但是一個完整沒有偽指令幾乎很難寫出來.

n比如一個程序至少包含READONLY AREA和ENTRY,否則CPU都無法知道從哪里開始運行

lARM的屬于RISC,指令并不多,但是可以帶后綴表示擴展出不同用法,這里與X86匯編完全不同風格

n如BNE實際上是B指令的變種,本質還同一類指令.只是多一個對CPSR的Z標志位的判斷。

ARM常用指令并不太多,因此使用閱讀ARM匯編代碼,并不太困難.以下是使用頻率最高的指令和偽指令,并不是完整的指令集的教材。詳細指令參見參考資料。

lB,BL

lMOV,MVN

lLDR,STR

lADD,SUB,ADC,SBC,MUL

lAND,ORR,XOR,TST,BIC

lCMP

lLDM/STM

lnop

1.跳轉語句B,BL

程序流程的跳轉，在ARM程序中有兩種方法可以實現程序流程的跳轉指令用于實現

l使用專門的跳轉指令B

l直接向程序計數器PC寫入跳轉地址值

n這是幾乎是任何一種CPU必備的機器,PC表示CPU當前執行語句位置,改變PC的值,相當于實現程序跳轉

n如實現類似C語言的Return語句,就是用MOV PC,LR

n這里可以在任意4G的空間進行跳轉

B指令(Branch)表示無條件跳轉.

B main;跳轉到標號為main地代碼處

BL指令(Branch with Link)表示帶返回值的跳轉.

BL比B多做一步,在跳轉前,BL會把當前位置保存在R14(即LR寄存器),當跳轉代碼結束后,用MOV PC,LR指令跳回來,這實際上就是C語言執行函數的用法,

匯編里調子程序都用BL,執行完子函數后,可以用MOV PC,LR跳回來.

BL delay;執行子函數或代碼段delay ,delay可以為C函數.

與MOV PC,XXX能在4G空間跳轉不同,B語句只能32M空間跳轉,(因為偏移量是一個有符號26bit的數值=32M)

2.傳輸數據指令MOV,MVN

nMOV(MOVE)指令可完成從另一個寄存器、被移位的寄存器或將一個立即數加載到目的寄存器

MOV R0,R1;把R1的值傳到R0

MOV R3,#3;把常數3傳給R3,MOV中用#表示常數,這個值不能超過

nMVN( MOVE Negative)取反后再傳值,比MOV多了一步取反

MVN R0, #0;把0取反(即-1)傳給R0

MVN R1,R2;把R2的值取反傳給R1

3.加載/存儲指令,LDR,STR

nLDR,STR是用于寄存器和外部存儲器交換數據指令,注意與MOV的區別,后面只在寄存器或常數交換.

uLDR/STR可以采用多種尋址方式,以下只舉出使用頻率最高幾種用法

nLDR(load)用于把一個32Bit的WORD數據從外部存儲空間裝入到寄存器中

LDR R0,[R1]; R1的值當成地址,再從這個地址裝入數據到R0 (R0=*R1)

LDR R1,=0x30008000;把地址0x30008000的值裝入到R1中,LDR中用常數要用=打頭.(注意跟MOV的區別,MOV是#)

ldrr0, =(0<<13)|(0<<12)|(0<<10)|(0<<9)|(0<<8)|(1<<6)|(1<<5)|(1<<4)|(1<<1)|(1<<0)

用位與的方法賦值

nSTR(Store)用于把一個寄存器的值存入外部存儲空間,是LDR的逆操作.

STR R0,[R1];把R0的值,存入到R1對應地址空間上(*R1 = R0)

STR R0,=0x30008000;把R0中值存入到地址0x30008000

S2C2440的中CPU內核以外的模塊的控制寄存器空間也是屬于外部空間,所以也得用如下指令LDR R0,=GPFDAT

4.算術運算指令,ADD/ADC,SUB/SBC ,MUL

nADD加法指令

ADD R0,R1,R2; R0=R1+R2

ADD R0,R1,#3;R0=R1+3

nADC帶進位加法指令,即除了加兩個數以外,還要把CPSR的C值也要帶進來

u通常用于大數(超過32Bit整數)相加,這時單用ADD不能處理,必須折成兩步,其中一步用ADC.

u以下是做64Bit的加法

ADDS R0,R1,R2; R0=R1+R2,ADDS中S表示把進位結果寫入CPSR

ADC R5,R3,R4;R5=R3+R4+C

nSUB減法指令

SUB R0,R1,R2; R0=R1-R2

SUB R0,R1,#3;R0=R1-3

nSBC帶進位減法指令,即除了加兩個數以外,還要把CPSR的C值也要帶進來,類似ADC

u以下是做64Bit的減法

SUBS R0,R1,R2; R0=R1-R2,SUBS中S表示把進位結果寫入CPSR

SBC R5,R3,R4;R5=R3-R4-C

nMUL乘法指令

MUL R0,R1,R2; R0=R1*R2

MUL R0,R1,#3;R0=R1*3

5.位操作指令AND,ORR, TST,BIC

nAND位與指令

AND R0,R1,R2; R0=R1 & R2

AND R0,R1,#0xFF;R0=R1 & 0xFF

nORR位或指令

ORR R0,R1,R2; R0=R1 | R2

ORR R0,R1,#0xFF;R0=R1 | 0xFF

nTST測試某一位是否為1,并把結果寫入CPSR,供下一句使用

TST R1,#0xffe;等同于if(R1 & 0xffe)

TST R1,#%1;測試最低位是否為1,%表示二進制

nBIC清位操作

BICR0，R0，＃0xF；等同于R0&=~(0xF)

BICR0，R0，＃％1011；該指令清除R0中的位0 13，其余的位保持;%表示是二進制,0x表示十六進制

6.比較指令CMP

nCMP比較兩個操作數,并把結果存入CPSR供下一句語句使用

CMP R0,R1;比較R0,R1

7.多寄存器語句傳輸指令,LDM,STM

類似于一次傳一個BUFFER到寄存器當中，或反過來.后面一般要接一個地址改變方法

nLDM從BUFFER傳數據多個寄存器傳輸數據到

LDMIA R0! ,{R3-R9};加R0指向的地址上連續空間的數據，保存到R3-R9當中，!表示R0值更新,IA后綴表示按WORD遞增

LDMFD SP!,{R0-R7,PC}^;恢復現場，異常處理返回,^表示不允許在用戶模式下使用。

nSTM從寄存器列表向存儲空間傳值。

STMIA R1!,{R3-R9};將R3-R9的數據存儲到R1指向的地址上，R1值更新。

STMFD SP!,{R0-R7,LR};現場保存，將R0~R7，LR入棧

stmfdsp!,{r8-r9}，把SP寄存器對慶的地址的值存到R8,R9當中.!表示最后的值寫入SP中。Fd表示

8.ARM指令的變形

大部分指令后位可以接與S兩個特殊位來表示,對CPSR特殊的一些判斷

S,表示當前指令執行后把結果改寫CPSR

subs,Adds

取決于具體條件,只有CPSR滿足指定條件時才指這一指令

BEQ實際上B+ EQ的條件執行.

addne表示ADD +NE才開始加.

9.ARM指令的尋址方式

尋址方式是根據指令中給出的地址碼來定位真實的地址,ARM中有9種尋址方法

l寄存器尋址

直接用寄存器編號來尋址,最為常用

MOV R1,R2;R2->R1

l立即數尋址

即指令中的地址碼是操作數本身,可以立即取出使用,立即數前帶一個#表示,否則表示一個地址

SUBS R0,R0,#1;R0 -1 ->R0

注意與SUBS R0,R0,1區別

l寄存器偏移尋址

這是ARM特有的尋址模式,當第2操作數是寄存器,在執行操作之前,可以做一次移位操作

MOV R0,R2,LSL #3;R2的邏輯左移3位,結果放入R0,即R0=R2*8

ANDS R1,R1,R2,LSL R3;RS的值左移R3位,然后和R1相與操作,結果放入R1

移位操作有LSL (邏輯左移),LSR(邏輯右移) ,ASR(算術右移),ROR(循環右移)RRX帶擴展的循環右移

l寄存器間接尋址

即寄存器中值是一個地址,用[]來取出定位到地址當中

LDR R2,[R0];把R0的值當成地址,取出相應值,賦給R2

l基址尋址

把寄存器的地址值加上一個偏移量

LDR R2,[R3,#0x0F]; R3中的值加上0x0F,從這個地址取出值賦給R@

l相對尋址

基址尋址的變形,由PC寄存器提供基準地址,指令中地址段作為偏移量.兩者相加即是有效地址,以下是BL采用相對尋址

BL NEXT

…

NEXT

…

MOV PC,LR;從子程序返回

10.ADS ARM的偽指令

類似于C語言的宏,由匯編程序預處理.

l符號定義指令

全局變量定義GBLA ,GBLL,GBLS

局域變量定義LCLA,LCLL,LCLS

變量賦值SETA,SETL,SETS

其中上述偽指令中,最后面的A表示給一個算術變量賦值,L表示用于給一個邏輯變量賦值,s表示給一個字符串賦值

GBLL codedbg;聲明一個全局的邏輯變量

Codebg SETL{TRUE};設置變量為{TRUE}

LCLA bitno;聲明一個算術變量

Bitno SETA 8;設變量值為8

l數據定義偽指令

nSPACE定義一個內存空間,并用0初始化

{label }SPACE expr

DataBuf SPACE 100;定義100字節長空間, unsigned char DataBuf[100];

nDCB定義一個連續字節內存空間,用偽指令的表達式expr來初始化.一般可以用定義數據表格,或文字字符串.(這時等同于SETS),用于初始二進制BUFFER

{label} DCB expr{,expr …}

Dest DCB -120,20,36,55;等同于unsigned char Dest[]={-120,20,36,55};

nDCU定義的一段字的內存空間(DCB是字節),并用后面表達式初始化

_RESET DCU Reset;等同于DWORD _RESET[]={Reset};

nMAP定一個結構化內存,相當于定義一個C結構

nFILED定義一個結構化內存的成員

MAP 0x00,R9;定義內存表,地址為R9

TimerFIELD 4;定義數據域Timer,長為4字

AttribFIELD 4;定義數據域Attrib,長為4字

StringFILED 100;定義數據域String ,長為100字

相當于C語言的定義：

struct {

DWORD Timer ;

DWORD Attrib ;

Char String[100];

} R9;

11.雜項的偽指令

n字節對齊ALIGN

ALIGN;聲明4字節對齊

n定義一個數字常量定義EQU

NAME EQU expr {type}

PLLCON EQU 0xE01FC080;定義PLLCON,類似于C的宏或C++的常量

n包含文件GET和INCLUDE

INCLUDE lpc2106.inc

nNOP空指令

在匯編時會被ARM的空操作代替，比如MOV R0,R0，一般用于延時與占位。

n聲明一個外部符符號IMPORT,EXTERN

IMPORT,EXTERN向外部導入一個符號,一般是外部程序全局變量

n條件編譯：[]。類似于C的#ifdef之類定義。

格式:[條件表達式

滿足條件分支

|

不滿足條件分支

]

示例1：

[ ENTRY_BUS_WIDTH=32；類似#if ENTRY_BUS_WIDTH=32

bChangeBigEndian;DCD 0xea000007

] ;類似#endif

示例2：[ CLKDIV_VAL>1;類似#if CLKDIV_VAL>1

blMMU_SetAsyncBusMode

|;類似#else

bl MMU_SetFastBusMode; default value.

];類似#endif

示例3[ THUMBCODE類似#ifdefTHUMBCODE

bx lr

| ;類似#else

movpc,lr

];類似#endif

n段定義AREA

n指令集定義CODE16和CODE32

指示是Thumb指令集(壓縮指令集，每個指令16位)。還是普通32位指令集

n匯編結束:END

n程序入口ENTRY

一個基本ARM程序結構

ARM匯編程序結構

源代碼由文本文件組成.按照匯編的編譯器不同,分為兩大量,一類是ADS的匯編程序,一類是GNU匯編格式,兩者在指令集是完成一樣,但是在偽指令.程序結構等方法各不同相同.本節主要是講解ADS匯編格式.

ADS匯編程序,主要包含如下幾類程序

n匯編源程序,后綴名是.S

n匯編包含文件,后綴名是.inc

n如果是與C混和編程..C,.h也能識別

ARM匯編語句格式

[標號]<指令|條件|S> <操作數> [;注釋]

l所有標號頂格寫,而指令和偽指令不能頂格寫

l標識符(標號,指令)大小寫敏感,所以要在標號和指令時書寫一致,一般偽指令,指令,寄存器名可以全部為大寫

l注釋以;開頭,可以頂格寫

l可以使用來分行寫太長語句

l變量,常量的定義必須在一行頂格寫

常量的書寫

l數字常量

在程序中直接寫數字,十進制12,256,十六進制0x1228,

l字符常量

類似于C的定義,用SETS來定義字符常量

HELLO SETS “hello,the world!”

l邏輯常量

邏輯真為{TRUE},邏輯假為{FLASE}

Testno SETS {TURE}

匯編程序的段定義

任何一個程序都要分段,C語言一般由編譯器自動分段,(分成.Text,.Data段之類),但在匯編程序這樣的底層程序中,由開發者自行分段.它包含如下段

l至少一個代碼段,并且代碼段是只讀的,對應(.Text)

l數據段可以沒有,也可以有多個.

l每一個段用END結束

AREA定義一個段

AREA段名屬性1,屬性2,

例子:AREAInit，CODE，READONLY

lENTRY指明一個段的入口

lEND結束一個段

ABC EQU 0x12

AREA Example,CODE,READONLY

ENTRY

START MOV R7,#10

MOV R6,#5

ADD R6,R6,R7

B

END

ADS ARM匯編程序格式要求

1.所有標號要頂格寫.

2.所有指令不能頂格寫,一般插入Tab鍵在行首

3.ADS ARM中,是大小寫敏感的.建議標號,指令,偽指令,寄存器名全部為大寫

4.注釋采用;打頭

5.每個程序至少有一個AREA在代碼里(READONLY)

6.每個段都要用END結束(不能頂格)

最常見幾個偽指令AREA,EQU,DCB,END ,ENTRY,EXPORT,GOBEL,IMPORT,

常見偽定義

lDCB定義字符中

Str DCB “hello, world “