汇编指令命令

ARM汇编指令学习

  • 工程搭建

汇编编程环境搭建

HN0AE-522LW-NNRAF-63PUS-7IGFH-YF58D

配置编译工具链

为工程配置链接脚本（map.lds）

将map.lds 复制到工程文件夹(在桌面创建的ARM-ASM文件)

创建汇编文件

接下来我们需要建立一个start.s汇编文件添加到我们的工程中去

  • 汇编指令学习

c语言中哪些代码可以生成汇编指令？

1》带#号预处理，辅助编译器怎么编译，编译什么内容

预处理器是C语言编译器的一个组成部分，它在编译代码之前对代码进行处理。预处理器指令以#号开头，告诉编译器在编译代码之前执行一些操作。其中，#include指令用于将头文件包含到源代码中，#define指令用于定义宏。预处理器的主要作用是辅助编译器编译代码。 例如在编译时将头文件中的函数声明插入到源代码中，或者将宏替换为实际的值。预处理器处理完代码后，编译器将生成目标代码，最终生成可执行文件。

2》带;号的语句，可以编译生成指令

在编译器中，分号是语句结束的标志，编译器会将分号之前的语句编译成指令并添加到指令序列中。

汇编整体分类

1》指令：编译完生成一条机器码存储在内存单元当中，CPU执行时能完成对应的操作(类似于C中的语句)

2》伪操作(相当于c中的#的内容，告诉编译器怎么编译）：不会生成机器码也不会占用内存,其作用是告诉编译器怎样编译(类似于C中的预处理指令)

3》伪指令：不是指令,编译器在编译时将其替换成等效的指令 

 (如：cpu中没有乘法器，对应没有乘法指令，3*3 ---》用加法器实现3+3+3，替换实现)

 汇编中注释代码用@或;注释一行 ，/* */注释一段代码 

指令分类

1.数据处理指令： 对数据进行逻辑、算术运算

2.跳转指令： 实现程序的跳转，本质是修改PC

3.Load/Store指令： 对内存的读写操作

4.状态寄存器传送指令： 对CPSR进行读写操作

5.异常中断产生指令： 触发软中断,常用于内核的系统调用  //SWI：软中断

6.协处理器指令： 操作协处理器的指令

//如3*3 ---》用加法器实现3+3+3，比较慢。我们可以外接一个协处理器(乘法器)(每个协处理器的功能比较单一)，协处理器指令就是操作这个协处理器的，用的比较多的cp15协处理器。

汇编指令代码框架

.text            @声明一段代码
.global _start    @将_start 声明为一个全局的符号，其他.s文件也可以引用
                    @如调用函数  func  :  .global func
_start:            @汇编的入口
                    @汇编代码段
     
.end                @汇编的结束
（最后空一行，否则有警告）

指令的语法格式（不用记）

<opcode{<cond>}{S}> <Rd>, <Rn>, <Operand2>
<操作码> <目标寄存器Rd> <第一操作寄存器Rn> <第二操作数Operand2>
;第一个位置必须是寄存器，第二操作数可以是寄存器，也可以是立即数

<opcode{<cond>}{S}> <Rd>, <Rn>, <Operand2>

opcode：指令的名字

cond：条件码(if else),可以省略不写，默认指令是无条件执行

S：状态标志

加s，指令的执行结果影响CPSR的NZCV位，

不加s，无影响

Rd：目标寄存器

Rn：第一个操作寄存器

oprand2：第二个操作数,可以是普通寄存器,可以是立即数

注：指令的名字，条件码，s连到一起写，指令名和目标寄存器之间使用空格，寄存器和数据之间使用逗号隔开，指令中的字符不区分大小写

  1. 数据处理指令

数据搬移指令  mov

如果是立即数，前面必须加#号

什么是立即数？

立即数

立即数通常是指在立即寻址方式指令中给出的数。可以是8位、16位或32位，该数值紧跟在操作码之后。

寻址方式：

寻址方式_百度百科

立即数是保存在指令中的数，取指令的同时将值取过去，和普通变量的区别是，变量保存在内存中的数据，需要单独取值运算。

立即数的本质：立即数是包含在指令当中的数据(即属于指令的一部分)

立即数的优点：读取指令的同时也将立即数读取到了内存中,速度快

立即数的缺点：数量有限

怎么判断一个数是否立即数？

给定一个数，将这个数中的所有的1，可以组合成一个0-255之间的数，将0-255之间的这个数，循环右移偶数个位数，如果可以得到给定的这个数，说明是立即数。

问：只要挨着的就是立即数？对吗？（对）

注：使用mov 给寄存器里面存放值的时候，#号后面需是有效数（1：立即数，2：取反之后是立即数），如果不是立即数需要用ldr指令进行存放。

如果不是立即数，用伪指令ldr  赋值

PC寄存器讲解

指令的执行三步：取址，译码，执行（PC永远指向当前正在取指指令的地址）

算术运算指令

数据运算指令格式

<操作码><目标寄存器><第一操作寄存器><第二操作数>

ADD R3,R1,R2;

操作码 指定当前指令是哪种运算

目标寄存器 存放运算结果

第一操作寄存器 存放参与运算的一个数据(只能是寄存器)

第二操作数 存放参与运算的另一个数据(可以是寄存器/立即数)

算术运算指令

add加法 adc 带进位的加法

sub 减法 sbc 带借位的减法

mul乘法 （乘法运算的R2（第二操作数）不能为立即数） 

add 普通加法

adc 带进位加法

假设有两个64位的数相加

第一个64位数，R0放低32位数，R1放高32位数；

第一个64位数，R2放低32位数，R3放高32位数；

结果放在R4放低32位数，R5放高32位数；

减法运算，产生借位时c=1,否则 c=0;

sub 普通减法

subs 减法(刷新CPSR)

减法指令执行时，有借位时 CPSR 'C' 位置 1

mul 乘法

注意：mul r4, r3, #0x4  @ 错误------>乘法指令的第二个操作数只能是一个寄存器

与 and 、或orr、 异或eor、 左移lsl、 右移lsr

	mov r0,#1
	mov r1,#2
	mul r2,r1,r0
	and r3,r1,#1	@与 R3 = R1&1 -->0
	orr r4,r2,r1	@或 R4 = R2|R1-->2
	eor r5,r2,r1	@异或 R5 = R2^R1-->0
	lsl r6,r2,r1	@左移 R6 = R2<<R1-->8
	lsr r7,r2,r1	@右移 R7 = R2>>R1-->0

  1.  跳转指令

实现程序的跳转，本质是更改PC

修改PC

不建议使用，因为需要查询地址

b   bl ：指令跳转

格式：b/bl Label 

Label: 指令

相当C语言的函数调用

b指令(不带返回的跳转)       

      不保存返回地址的跳转（返回地址不保存到lr中）

一路向前，不返回

bl指令(带返回的跳转指令)

将LR的值修改成跳转指令下一条指令的地址

再将PC的值修改成跳转标识符下指令的地址

补充了解：

指令条件码表：可跟的判断条件成立跳转(NZCV在用于判断两者之间关系使用比较多)

练习

实现以下逻辑
unsigned int r1 = 9;
unsigned int r2 = 15;
while(1)
{
    if(r1 == r2)   //cmp
    goto stop;
    if(r1 > r2)
    r1 = r1 - r2;
    if(r1 < r2)
    r2 = r2 - r1;    //subcc r2,r2,r1
}
stop:
    while(1);

  1. load/store指令（批量操作）

对内存的读写操作，将运算结果从cpu写到内存

可用地址查找：（我们不用查找，脚本文件中配置了内存空间的分配） 

单寄存器操作指令 ldr / str

  1. 格式：ldr/str  Rm, [Rn]

ldr：读

str：写

Rm: 存储是数据

Rn：存储的数据，地址

1>前索引

	mov r1,#0xffffffff
	mov r2,#0x40000000
	str r1,[r2,#8]		@基址加变址寻址把R1存在0x40000000+8的内存里

2>后索引

mov r1,#0xffffffff
mov r2,#0x40000000
str r1,[r2],#4		@将R1寄存器的内容存到[R2]地址，然后R2=R2+4

目的:可以做连续存储，压栈时用的比较多  存完一个数，他就把地址自动指向下一个了

3>自动索引（前后索引）

	mov r1,#0xffffffff
	mov r2,#0x40000000
	str r1,[r2,#4]!    @将R1寄存器的内容存到[R2+4]地址，然后R2=R2+4

批量寄存器操作指令ldm/stm 

1、将r1到r4中的值存储到r0指向地址空间中，连续16个字节的地址空间

stm r0, {r1-r4}

2、将r0指向的地址空间中，连续的16个字节的数据，读到r5-r8寄存器中

ldm r0, {r5-r8}

3、如果寄存器列表中的寄存器编号既有连续又有不连续，连续的使用 - 隔开 不连续的使用 ,

stm r0, {r1-r3,r5}

4、不管寄存器列表中的寄存器编号顺序如何变化，都是小地址对应小编号的寄存器高地址对应大编号的寄存器

stm r0,{r4,r2,r1,r3}

ldm r0,{r8,r6,r5,r7}

4、栈的操作指令 stmfd / ldmfd

栈的种类

空栈(Empty)

栈指针指向的地址是空的，在栈中存储数据时，可以直接存储，存储完成之后需要将栈指针再次指向空的位置。

满栈(Full)

栈指针指向的地址有数据，在栈中存储数据时，需要先将栈指针，指向一个空的位置，然后在存储数据。

增栈(Ascending)

栈指针向高地址方向移动

减栈(Descending)

栈指针向低地址方向移动

操作栈的方式

满增栈，满减栈，空增栈，空减栈

FA:Full Ascending 满增

FD:Full Descending 满减

EA:Empty Ascending 空增

ED:Empty Descending 空减

ARM默认采用的是满减栈

stmfd/ldmfd<code> sp!, {寄存器列表}

stmfd sp!, {r1-r5}（写） （压栈）

更新栈指针指向的地址空间

ldmfd sp!, {r6-r10}（读） (出栈)

特殊：（CPU寄存器不连续）

stmfd sp!, {r1-r5,lr}（写） （压栈）

ldmfd sp!, {r6-r10,pc}（读） (出栈)    //r1-r5出栈给r6-r10, 将lr的值出栈给pc

程序中运用

ldr r1,=0x11111111
	ldr r2,=0x22222222
	ldr r3,=0x33333333
	ldr r4,=0x44444444
	ldr r5,=0x55555555
	ldr sp,=0x40001020
	
	stmfd sp!,{r1-r5}
	bl func
	ldmfd sp!,{r1-r5}
	ldr r6,=0x66666666
	
	loop:
	b loop
	func:
	ldr r1,=0x1
	ldr r2,=0x2
	ldr r3,=0x3
	ldr r4,=0x4
	mov pc,lr

栈的应用-》叶子函数的调用过程

叶子函数是指一个函数内部没有调用其他函数的函数，也就是说，它是程序调用树的末端节点，不依赖于其他函数。

	MOV SP,#0X40000020
MAIN:
	MOV R1,#3
	MOV R2,#2
	BL F
	ADD R3,R1,R2
T:
	B T
F:
	STMFD SP!,{R1,R2}
	MOV R1,#5
	MOV R2,#4
	ADD R3,R1,R2
	LDMFD SP!,{R1,R2}
	MOV PC,LR

栈的应用-》非叶子函数的调用过程

非叶子函数是指一个函数内部调用了其他函数的函数，也就是说，它不是程序调用树的末端节点，可以被其他函数调用。

	MOV SP,#0X40000020
MAIN:
	MOV R1,#3
	MOV R2,#2
	BL F
	ADD R3,R1,R2
T:
	B T
F:
	STMFD SP!,{R1,R2,LR}
	MOV R1,#5
	MOV R2,#4
	BL D
	ADD R3,R1,R2
	LDMFD SP!,{R1,R2,LR}
	MOV PC,LR
D:
    STMFD SP!,{R1,R2,LR}
	MOV R1,#6
	MOV R2,#7
	ADD R3,R1,R2
	LDMFD SP!,{R1,R2,LR}
	MOV PC,LR

5、状态寄存器操作指令

注：刚上电是在SVC模式下

对CPSR进行读写操作

//其他都不能动CPSR   （SWI 指令是linux内核有，所以arm为了匹配才有的指令）

（CPSR保存cpu的状态、模式、中断中断开关、运算状态，非常重要，不能任意更改，只有一类指令能操作这个寄存器）

读cpsr指令 mrs 

写cpsr指令 msr  

	@状态寄存器操作指令		mrs / msr
	ldr r1,=0x12345678
	mrs r0,cpsr			@读cpsr的值到r0
	msr cpsr_c,#0x1f	@修改cpsr的值，cpsr_c 指的是后八位控制位
	msr cpsr_c,#0x13	@切换到svc
	msr cpsr_c,#0x10	@切换到user,非特权模式
	ldr r2,=0x87654321
	msr cpsr_c,#0x13	@切换到svc

注：修改CPSR的控制域(bit[7:0]),修改CPSR时必须指定修改哪个区域；USER模式下不能修改CPSR的值,防止应用程序修改CPU状态,保护操作系统；CPSR_C修改的是CPSR的低八位ctrl(控制)域，一般都只修改C域。

6、异常中断指令

触发软中断,常用于内核的系统调用   //SWI：软中断

@异常中断指令		软中断指令swi
	ldr r1,=0x12345678
	ldr r2,=0x22345678
	ldr r4,=0x42345678
	msr cpsr_c,#0x10	@切换到user模式
	ldr r3,=0x32345678
	swi #1		@软中断
	@执行软中断指令：spsr、lr、cpsr、pc 均发生了改变
	
	ldr r6,=0x52345678

为什么会出现以上情况？做完的请先自行阅读下方文档

异常源及处理过程

7、协处理器指令

操作协处理器的指令(一般用不到-----协助cpu处理数据）

1.数据运算
2.内存访问
3.与主处理器通信
MRC 将协处理器中寄存器的内容读取到ARM处理器的寄存器中
MCR 将ARM理器中寄存器的内容读取到协处理器的寄存器中

协处理器指令

  1. 协处理器数据运算指令

CDP

  1. 协处理器储存器访问指令

STC 将协处理器中的数据储存到存储器

LDC 将存储器中的数据读取到协处理器中

  1. 协处理器寄存器传送指令

MRC 将协处理器中寄存器的数据传送到ARM处理器中的寄存器

MCR 将ARM处理器寄存器中的数据读取到协处理器寄存器中

伪指令

本质：本身不是指令，但是cpu替换成等效的操作。

举例1：
延时一个指令周期(耗时一条指令的时间)  （cpu没有这个指令）
	NOP    ；执行NOP和MOV R0,R0一个效果，执行NOP，cpu替换成MOV R0,R0
	MOV R0,R0  
LDR的两种形式
;->指令
        LDR R1,[R2]     
;->伪指令
	    LDR R1,=0x12345678     ；R1 = 0x12345678
;可以将任何一个32bit的数据放入寄存器

伪操作

指令是arm公司规定的，而伪操作是编译器规定的，不同的编译器伪操作指令不同。

（我们学的linux，用linux的编译器）

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