s5pv210开发板学习笔记（2）——ARM汇编指令集

指令与伪指令：

(汇编)指令：是CPU机器指令的助记符，经过编译后会得到一-串10组成的机器码，可以由CPU读取执行。

(汇编)伪指令：本质上不是指令(只是和指令一起写在代码中) ，它是编译器环境提供的，目的是用来指导编译过程，经过编译后伪指令最终不会生成机器码。

两种不同风格的ARM指令：

ARM官方的ARM汇编风格:指令一般用大写、Windows中IDE开发环境(如ADS、MDK等)常用。如：LDR RO, [R1]。

GNU风格的ARM汇编:指令一般用小写字母、linux中常用。如: ldr r0, [r1]

ARM汇编特点1：LDR/STR架构

ARM采用RISC中，CPU要和内存通信必须先把内存的内容读入CPU的37个通用寄存器中，才能被CPU处理。

ldr（load register）指令将内存内容加载入通用寄存器。

str（store register）指令将寄存器内容存入内存空间中。

ldr/str组合用来实现ARM CPU和内存数据交换

ARM汇编特点2：8种寻址方式

1. 寄存器寻址 mov r1,r2

2. 立即寻址 mov r0, #0xFF00

3. 寄存器移位寻址 mov r0, r1, Isl #3

4. 寄存器间接寻址 ldr r1, [r2]

5. 基址变址寻址 ldr r1,[r2, #4]

6. 多寄存器寻址 ldmia r1!, {r2-r7,r12}

7. 堆栈寻址 stmfd sp!, {r2-r7, lr}

8. 相对寻址 beq flag

注：只要是ld开头的指令就一定是内存和寄存器之间的加载

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:

1. B (byte) 功能不变，操作长度变为8位

2. H (half word)功能不变，长度变为16位

3. S (signed) 功能不变，操作数变为有符号

如：ldr ldrb ldrh ldrsb Idrsh

4. S (S标志)功能不变，影响CPSR标志位（NZCV）

如：mov和movs

ARM汇编特点4：条件执行后缀

mov r0, r1 @ 相当于C语言中的r0 = r1;

moveq r0, r1 @ 如果eq后缀成立，则直接执行mov r0, r1；如果eq不成立则本句代码直接作废，相当于没有。

类似于C语言中 if (eq){r0 = r1;}

• 条件后缀执行注意2点：

1. 条件后缀是否成立，不是取决于本句代码，而是取决于这句代码之前的代码运行后的结果。

2. 条件后缀决定了本句代码是否被执行，而不会影响上一句和下一句代码是否被执行。

ARM汇编特点5：多级指令流水线

• 为增加处理器指令流的速度，ARM使用多级流水线，下图为3级流水线工作原理示意图。（S5PV210使用13级流水线，ARM11为8级）

允许多个操作同时处理，而非顺序执行。

常用ARM指令1：数据处理指令

• 数据传输指令 mov mvn

• 算术指令 add sub rsb adc sbc rsc

• 逻辑指令 and orr eor bic

• 比较指令 cmp cmn tst teq

• 乘法指令 mvl mla umull umlal smull smlal

• 前导零计数 clz

mov(move)

mov r1, r0 @ 两个寄存器之间数据传递

mov r1, #0xff @ 将立即数赋值给寄存器

注：mov的两个操作数中不能有内存地址

mvn和mov用法一样，区别是mov是原封不动的传递，而mvn是按位取反后传递

按位取反的含义：譬如r1 = 0x000000ff，然后mov r0, r1 后，r0 = 0xff；但是我mvn r0, r1后，r0=0xffffff00。

and逻辑与

orr逻辑或

eor逻辑异或

bic位清除指令

bic r0,r1,#0x1f @ 将r1中的数的bit0到bit4清零后赋值给r0，0x1f = 0x0000001f=0x0000```11111

比较指令：

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

cmn cmn r0, r1 等价于 add r0, r1

tst tst r0, #0xf @测试r0的bit0～bit3是否全为0

teq teq x0, x1 用于比较操作数1和操作数2是否相等

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。

常用ARM指令2：cpsr访问指令

mrs & msr

mrs用来读psr，msr用来写psr（指cpsr/spsr）

CPSR寄存器比较特殊，需要专门的指令访问，这就是mrs和msr

cpsr和spsr的区别和联系：cpsr是程序状态寄存器，整个SoC中只有1个；而spsr有5个，分别在5种异常模式下，作用是当从普通模式进入异常模式时，用来保存之前普通模式下的cpsr的，以在返回普通模式时恢复原来的cpsr。

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 andlink，跳转前把返回地址放入lr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

• 单个字/半字/字节访问ldr/str

• 多字批量访问 ldm/stm

• swp r1, r2, [r0] @ 将[r0]内存地址的内容放入r1寄存器中，将r2寄存器的值放入[r0]内存地址中，这两步同时进行。

• swp r1, r1, [r0] @ 实现r1和[r0]内存地址中内容的互换

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

合法立即数： 0x000000ff0x00ff0000 0xf000000f

非法立即数： 0x000001ff

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

协处理器和协处理器指令详解

什么是协处理器？

1. 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。

2. 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）

3. 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。

CPU中的寄存器都以r开头，协处理器中的寄存器以c开头。

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

使用方法：

mcr{<cond>}   p15, <opcode_1>, <Rd>,<Crn>, <Crm>, {<opcode_2>}
mrc{<cond>}   p15, <Opcode_1>, <Rd>,<Crn>, <Crm>, {<Opcode_2>}

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

ldm/stm与栈的处理

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）

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（increaseafter）先传输，再地址+4
ib（increasebefore）先地址+4，再传输
da（decreaseafter）先传输，再地址-4
db（decreasebefore）先地址-4，再传输
fd（full decrease）满递减堆栈
ed（empty decrease）空递减堆栈
fa（·······） 满递增堆栈
ea（·······）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。

ARM汇编伪指令

伪指令的意义：

1. 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。

2. 伪指令的意义在于指导编译过程。

3. 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：

1. @ 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

2. # 做注释，一般放在行首，表示这一行都是注释而不是代码。

3. ：以冒号结尾的是标号

4. . 点号在gnu汇编中表示当前指令的地址

5. # 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 @ .ascii用于定义字符，.byte用于定义字节，.short用于定义半字，.word和.long是字

• .quad .float .string @ 定义数据 .quad用于定义双字，.float定义浮点型，.string用于定义字符串

• .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

偶尔用：

• .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，因为ldr伪指令可以不用考虑立即数是否合法，编译器会帮你转换为合法立即数。

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。