ARM 汇编基础总结

GNU 汇编语法

编写汇编的过程中，其指令、寄存器名等可以全部使用大写，也可以全部使用小写，但是不能大小写混用。

1. 汇编语句的格式

label: instruction @ comment

label即标号，表示地址位置，有些指令前面可能会有标号，这样就可以通过这个标号得到指令的地址，标号也可以用来表示数据地址。注意 label 后面的" : "，任何以" : "结尾的标识符都会被识别为一个标号。在汇编语言中，_start是一个特殊的标号(label)，_start是程序执行的入口点，程序执行的起始地址，当程序加载到内存中时，处理器会跳转到_start标签所在的地址，从这里开始执行代码。_start主要作用是初始化程序运行环境，比如栈、全局变量、动态链接环境，然后跳转到用户定义的main函数执行。
instruction即指令，也就是汇编指令或伪指令
@表示后面的是注释，跟 C 语言的“/*”和“*/”一样，在 GNU 汇编文件中也可以使用“/*”和“*/”来注释
comment就是注释内容

2. 预定义段名

.section 伪操作，用于指定汇编代码或数据应当放入哪个段，或者定义自己的自定义段，每个段以段名开始，以下一段名或者文件结尾结束

.text 表示代码段

.data 初始化的数据段

.bss 未初始化的数据段

.rodata 只读数据段

.byte 定义单字节数据，比如.byte 0x12

.equ 赋值语句，比如.equ num,0x12，表示num=0x12

.short 定义双字节数据，比如.short 0x1234

.long 定义一个 4字节数据，比如.long 0x12345678

.align 数据字节对齐，比如.align4表示4字节对齐

.end 表示源文件结束

.global 定义一个全局符号，比如.global _start

.section .data         // 数据段
message:
    .asciz "Hello, World!"  // 字符串常量

.section .text         // 代码段
.global _start         // 声明程序入口
_start:
    mov eax, 4         // 系统调用号，写操作
    mov ebx, 1         // 文件描述符（1是标准输出）
    lea ecx, [message] // 将字符串地址加载到 ecx
    mov edx, 13        // 要写入的字节数
    int 0x80           // 调用内核

    mov eax, 1         // 系统调用号，退出程序
    xor ebx, ebx       // 返回值为0
    int 0x80           // 调用内核

Cortex-A7 常用汇编指令

处理器内部数据传输指令

数据传输常用的指令有三个： MOV、 MRS 和 MSR。

指令	目标寄存器	源寄存器	功能
MOV R1, R0	R0	R1	将 R1 里面的数据复制到 R0 中
MRS R0, CPSR	R0	CPSR	将特殊寄存器 CPSR 里的数据复制到 R0
MSR CPSR, R1	CPSR	R1	将 R1 里面的数据复制到特殊寄存器 CPSR

1. MOV(Move)

MOV 指令将一个立即数或一个寄存器的值赋值到另一个寄存器中，只能操作通用寄存器，不能直接访问系统状态寄存器(CPSR)。

MOV R0, #0x1234 //将立即数 0x1234 赋值到寄存器 R0, 即R0 = 0X1234
MOV R1, R0 		//将寄存器 R0 的值复制到寄存器 R1, 即R1 = R0

2. MRS(Move Register from System)

MRS 指令将系统状态寄存器中的值读取到通用寄存器中。

MRS R0, CPSR //将系统状态寄存器 (CPSR) 的值存入 R0, 即R0=CPSR
MRS R1, SPSR //将系统状态寄存器 (SPSR) 的值存入 R1, 即R0=SPSR

3. MSR(Move System Register)

MSR 指令将系统状态寄存器中的值读取到通用寄存器中。

MSR SPSR, R0    //将 R0 的值写入 SPSR 系统寄存器中, 即SPSR=R0

存储器访问指令

常用的存储器访问指令有两种： LDR 和 STR 在编写汇编驱动的时候最常用这两个指令。在 32 位处理器中 LDR 和 STR 都是操作 4 个字节的地址，也就是 32 位数据。

指令	功能
LDR Rd, [Rn, #offset]	从 Rn+offset 的地址读取数据存到 Rd 中
STR Rd, [Rn, #offset]	将 Rd 寄存器中的数据写入到 Rn+offset 地址

1. LDR(Load Register)

LDR 指令用于从内存中加载一个值到寄存器，[ R1 ] 表示以 R1 存储的数字为地址。

LDR R0, = 0x20000000 //将立即数 0x20000000 加载到寄存器 R0 中

//如果地址 0x20000000 存储的值是 0x1234, 则执行后 R0 = 0x1234
LDR R0, [R1]     //将内存地址 R1 指向的数据加载到寄存器 R0 中

//带偏移量的加载, 如果地址 0x20000004 存储的值是 0x6789, 则执行后 R0 = 0x6789
LDR R0, [R1, #4] //将 R1 + 4 的地址处的数据加载到 R0 中

2. STR(Store Register)

STR 指令用于将寄存器中的值存储到内存地址中。

STR R0, [R1]     //将 R0 的值存储到内存地址 R1 指向的地址
STR R0, [R1, #4] //将 R0 的值存储到 R1 + 4 的地址处

栈指针

SP 指针（Stack Pointer，栈指针）是计算机体系结构中一个重要的寄存器，在不同的处理器架构中，SP寄存器是硬件层面预定义的，处理器会专门保留一个寄存器用来表示栈指针。在 ARM 架构中 R13 是专门的寄存器，SP是它的别名。SP指向栈的当前顶部或下一条可用地址。

1. 栈的应用

在程序执行过程中，栈通常用于管理函数调用、局部变量和保存寄存器内容等任务。当函数被调用时，局部变量、返回地址、保存的寄存器等会被压入栈中，SP指针会自动调整，指向栈的最新位置，当函数返回时，这些数据会被弹出，SP指针恢复到调用前的位置。

2. 栈指针位置

SP设置栈指针（C 语言运行的时候需要出栈和入栈，所以需要栈内存），SP指针可以指向内部 RAM 也可以指向 DDR，以指向 DDR 为例，假设 DDR 的大小是 512MB，起始地址为 0x80000000，那么 DDR 的地址范围是 0x8000_0000~0x9FFF_FFFF，设置栈大小为 2MB=0x0020_0000（对于裸机运行已经够大了），栈的增长方式是向下增长，即高地址向低地址增长，所以设置栈地址为 0x8020_0000，保证栈不会溢出。

.global _start          // 声明程序入口
_start:
    ldr sp, =0X80200000  // 设置栈指针的起始地址
b main 				          //跳转到main函数

压栈和出栈指令

常用的栈操作指令是 PUSH 和 POP 。压栈和出栈指令通常用于保存和恢复寄存器的值，或者用于函数调用的返回地址。

1. PUSH（压栈）

PUSH 指令将寄存器的值压入栈中，并自动更新栈指针。它是对栈操作的简化形式，常用于保存寄存器的值。例如： PUSH {R0, R1, R2, R3}

2. POP（出栈）

POP 指令从栈中弹出寄存器的值，恢复寄存器的内容，并自动更新栈指针。例如：POP {R0, R1, R2, R3}

在压栈出栈的过程中，要保证先进后出的特性，最后压入栈中的寄存器最先出栈。例如，压栈的顺序为R0 -> R1 -> R2 -> R3，那么出栈的顺序为R3 -> R2 -> R1 -> R0。下面以中断场景举例压栈和出栈，在中断服务例程中，保存和恢复多个寄存器的值也非常常见。由于中断会打断程序的正常执行流程，所以需要保存现场，确保中断处理完成后能够正确地恢复执行。

ISR_Handler:
  PUSH {R0, R1, R2, R3}   // 保存现场, 保存 R4, R5, R6, R7 到栈中
  //中断处理逻辑
  POP {R0, R1, R2, R3}    // 恢复现场, 恢复 R4, R5, R6, R7
  BX LR                   // 返回到调用者

跳转指令

常用的跳转指令有 B 和 BK，其中 B 指令跳转后不会回到原来位置，BK 跳转后待函数执行完还会回到原来位置。

1. B(Branch)

B 指令这是最简单的跳转指令， B 指令会将 PC 寄存器的值设置为跳转目标地址，一旦执行 B 指令， ARM 处理器就会立即跳转到指定的目标地址。如果要调用的函数不会再返回到原来的执行处，那就可以用 B 指令，如下示例

_start:
ldr sp, =0X80200000 //设置栈指针
b main             //跳转到 main 函数

//用 B 指令实现 loop 死循环
loop:
  b loop

2. BL(Branch with Link )

BL 指令相比 B 指令的区别是 BL 会跳转到指定函数，待函数执行完再返回原来位置继续执行，因为在跳转之前会在寄存器 LR(R14)中保存当前 PC 寄存器值，所以可以通过将 LR 寄存器中的值重新加载到 PC 中来继续从跳转之前的代码处运行，这是子程序调用一个基本但常用的手段。比如 Cortex-A 处理器的 irq 中断服务函数都是汇编写的，主要用汇编来实现现场的保护和恢复、获取中断号等。但是具体的中断处理过程都是 C 函数，所以就会存在汇编中调用 C 函数的问题。

PUSH {r0, r1}        //保存 r0,r1
CPS #0x13            //进入 SVC 模式，允许其他中断再次进去
BL system_irqhandler //加载 C 语言中断处理函数到 r2 寄存器中
CPS #0x12            //进入 IRQ 模式
POP {r0, r1}
STR r0, [r1, #0X10]  //中断执行完成，写 EOIR

算术运算指令

常用加法、减法，乘除很少用

指令	计算公式	说明
ADD Rd, Rn, Rm	Rd = Rn + Rm	加法运算，指令为 ADD
ADD Rd, Rn, #immed	Rd = Rn + #immed	加法运算，指令为 ADD
ADC Rd, Rn, Rm	Rd = Rn + Rm + 进位	带进位的加法运算，指令为 ADC
ADC Rd, Rn, #immed	Rd = Rn + #immed +进位	带进位的加法运算，指令为 ADC
SUB Rd, Rn, Rm	Rd = Rn – Rm	减法
SUB Rd, #immed	Rd = Rd - #immed
SUB Rd, Rn, #immed	Rd = Rn - #immed
SBC Rd, Rn, #immed	Rd = Rn - #immed – 借位	带借位的减法
SBC Rd, Rn ,Rm	Rd = Rn – Rm – 借位	带借位的减法
MUL Rd, Rn, Rm	Rd = Rn * Rm	乘法(32 位)
UDIV Rd, Rn, Rm	Rd = Rn / Rm	无符号除法
SDIV Rd, Rn, Rm	Rd = Rn / Rm	有符号除法

在 CPU 运行过程中，如果想执行运算操作，必须要先将数据加载到寄存器中，然后才能执行运算操作！

// 实现 DDR 两个地址数据相加
LDR R0, [#0x20000000]   // 从地址 0x20000000 加载数据到 R0
LDR R1, [#0x20000004]   // 从地址 0x20000004 加载数据到 R1
ADD R2, R0, R1          // 将 R0 和 R1 的值相加，结果存入 R2

// 实现两个立即数相加
MOV R0, #0x1          // 将立即数 0x1 加载到 R0
MOV R1, #0x2          // 将立即数 0x2 加载到 R1
ADD R2, R0, R1        // 将 R0 和 R1 的值相加，结果存入 R2

逻辑运算指令

指令	计算公式	说明
AND Rd, Rn	Rd = Rd &Rn	按位与
AND Rd, Rn, #immed	Rd = Rn &#immed
AND Rd, Rn, Rm	Rd = Rn & Rm
ORR Rd, Rn	Rd = Rd \| Rn	按位或
ORR Rd, Rn, #immed	Rd = Rn \| #immed
ORR Rd, Rn, Rm	Rd = Rn \| Rm
BIC Rd, Rn	Rd = Rd & (~Rn)	位清除
BIC Rd, Rn, #immed	Rd = Rn & (~#immed)
BIC Rd, Rn , Rm	Rd = Rn & (~Rm)
ORN Rd, Rn, #immed	Rd = Rn \| (#immed)	按位或非
ORN Rd, Rn, Rm	Rd = Rn \| (Rm)	按位或非
EOR Rd, Rn	Rd = Rd ^ Rn	按位异或
EOR Rd, Rn, #immed	Rd = Rn ^ #immed
EOR Rd, Rn, Rm	Rd = Rn ^ Rm