【RT-Thread学习笔记】ARM汇编基础的三大块知识-电子发烧友网

1 前言

玩嵌入式的，或多或少都接触ARM。

ARM既是一种处理器架构，也是一家公司，它不生产芯片，只靠芯片IP授权赚钱。

ARM处理器是英国Ac orn有限公司设计的低功耗成本的第一款RISC 微处理器。全称为Advanced RISC Machine。ARM处理器本身是32位设计，但也配备16位指令集，一般来讲比等价32位代码节省达35%，却能保留32位系统的所有优势。

更多详细介绍，请参考百度百科.

2 ARM知识图谱

本文先列个大纲，后续有时间再补充。

3 ARM汇编基础三大块

这里整理了ARM汇编中非常基础的三大块知识，了解了这三大块内容基本可以看懂甚至编译一些简单的汇编程序。

3.1 寻址方式

ARM的寻址方式总共有9种，包括：

3.1.1 立即寻址

操作数是立即数，以“#”为前缀，表示 16 进制数值时以“0x”表示。

例：

MOV R0,#0xFF00 ;0xFF00 -> R0

SUBS R0,R0,#1 ;R0 – 1 -> R0

3.1.2 寄存器寻址

操作数的值在寄存器中，指令执行时直接取出寄存器值操作。

例：

MOV R1,R2 ;R2 -> R1

SUB R0,R1,R2 ;R1 - R2 -> R0

3.1.3 寄存器偏移寻址

当第二操作数是寄存器偏移方式时，第二个寄存器操作数在与第一个操作数结合之前，选择进行移位操作。

例：

MOV R0,R2,LSL #3 ;R2 的值左移 3 位，结果放入 R0，即 R0 = R2 * 8

ANDS R1,R1,R2,LSL #3 ;R2 的值左移 3 位，然后和 R1 相与操作，结果放入 R1

可采用的移位操作：

LSL：逻辑左移（Logical Shift Left），低端空出位补 0

LSR：逻辑右移（Logical Shift Right），高端空出位补 0

ASR：算术右移（Arithmetic Shift Right），移位过程中符号位不变，即源操作数为正数，则高端空出位补 0，否则补 1

ROR：循环右移（Rotate Right），由低端移出位填入高端空出位

RRX：带扩展的循环右移（Rotate Right eXtended by 1 place）,操作数右移一位，高端空出位用原 C 标志值填充。

3.1.4 寄存器间接寻址

操作数保存在寄存器指定地址的存储单元中，即寄存器为操作数的地址指针。

例：

LDR R1,[R2] ;将 R2 中的数值作为地址，取出此地址中的数据保存在 R1 中

SWP R1,R1,[R2] ;将R2中的数值作为地址，取出此地址中的数值与 R1 中的值**

3.1.5 基址寻址

将基址寄存器的值与偏移量相加，形成操作数的有效地址，基址寻址用于访问基址附近的存储单元，常用于查表、数组操作、功能寄存器访问等。

例：

LDR R2,[R3,#0x0F] ;将R3中的数值加 0x0F 作为地址，取此地址的值保存在 R2 中

STR R1,[R0,#-2] ;将R0中的数值减 2 作为地址，把 R1的值保存到此地址中

3.1.6 多寄存器寻址

一次传送多个寄存器值，允许一条指令传送 16 个寄存器的任何子集或所有寄存器。多寄存器寻址时，寄存器子集按由小到大的顺序排列，连续的寄存器可用“-”连接，否则，用“，”分隔书写。

例：

LDMIA R1!,{R2-R7,R12} ;将 R1的值读出到 R2-R7，R12，过程中R1 自动加 1

STMIA R0!,{R3-R6,R10};将 R3-R6，R10的值保存到 R0 指向的地址，过程中R0 自动加 1

3.1.7 堆栈寻址

堆栈寻址使用堆栈指针SP，即R13，指向堆栈的栈顶。堆栈可分为两种：

向上生长：向高地址方向生长，称为递增堆栈，

向下生长：向低地址方向生长，称为递减堆栈，

堆栈指针指向最后压入的有效数据项，称为满堆栈，

堆栈指针指向下一个要放入的空位置，称为空堆栈，这样就有 4 种类型的堆栈。

A)满递增：堆栈地址向上增长，堆栈指针指向有效数据的最高地址。如 LDMFA，STMFA。

B)空递增：堆栈地址向上增长，堆栈指针指向堆栈上的第一个空位置。如 LDMEA，STMEA 。

C)满递减：堆栈地址向下增长，堆栈指针指向有效数据项的最低地址。如 LDMFD，STMFD。

D)空递减：堆栈地址向下增长，堆栈指针指向堆栈下的第一个空位置。如 LDMED，STMED 。

例：

STMFD SP!,{R1-R7,LR} ; 将 R1～R7，LR 入栈。满递减堆栈。

LDMFD SP!,{R1-R7,LR} ;数据出栈，放入 R1～R7，LR 寄存器。满递减堆栈。

3.1.8 块拷贝寻址

用于将一块数据从存储器的某一位置拷贝到另一位置。

例：

STMIA R0!,{R1-R7} ;将R1～R7的数据保存到存储器中，存储器指针在保存第一个值之后增加，增长方向为向上增长。

STMIB R0!,{R1-R7} ;将R1～R7的数据保存到存储器中，存储器指针在保存第一个值之前增加，增长方向为向上增长。

STMDA R0!,{R1-R7} ;将R1～R7的数据保存到存储器中，存储器指针在保存第一个值之后增加，增长方向为向下增长。

STMDB R0!,{R1-R7} ;将R1～R7的数据保存到存储器中，存储器指针在保存第一个值之前增加，增长方向为向下增长。

3.1.9 相对寻址

相对寻址是基址寻址的一种变通，由程序计数器 PC 提供基准地址，指令中的地址

码字段作为偏移量，两者相加后得到有效地址。

例：

BL ROUTE1 ;调用ROUTE1 子程序

BEQ LOOP ;条件跳转到 LOOP 标号处

…

LOOP MOV R2,#2

…

ROUTE1

…

3.2 寄存器的用途

3.2.1 ARM寄存器列表

ARM共有37个32位物理寄存器，7种工作模式下可访问的寄存器见下表，User和System使用完全相同的物理寄存器。

3.2.2 ARM寄存器的用途

其中 r0~r3 主要用于子程序间传递参数， r4~r11 主要用于保存局部变量，但在 Thumb 程序中，通常只能使用 r4~r7 来保存局部变量； r12 用作子程序间scratch 寄存器，即 ip 寄存器； r13 通常用做栈指针，即 sp； r14 寄存器又被称为连接寄存器（lr），用于保存子程序以及中断的返回地址； r15 用作程序计数器（pc），由于 ARM 采用了流水线机制，当正确读取了 PC 的值后，该值为当前指令地址加 8 个字节，即 PC 指向当前指令的下两条指令地址。

CPSR和SPSR都是程序状态寄存器，其中SPSR是用来保存中断前的CPSR中的值，以便在中断返回之后恢复处理器程序状态。

3.2.2.1 R0~R7

所有工作模式下，R0-R7都分别指向同一个物理寄存器（共8个物理寄存器），它们未被系统用作特殊的用途。在中断或异常处理进行工作模式转换时，由于不同工作模式均使用相同的物理寄存器，可能造成寄存器中数据的破坏。

3.2.2.2 R8~R12

在User&System、IRQ、Svc、Abt和Und模式下访问的R8~R12都是同一个物理寄存器（共5个物理寄存器）；在FIQ模式下，访问的R8fiq~R12fiq是另外独立的物理寄存器（共5个物理寄存器）。

3.2.2.3 R13（SP）和R14（LR）

在User&System、IRQ、FIQ、Svc、Abt和Und访问的R13_~R14都是各自模式下独立的物理寄存器（共12个物理寄存器）。

R13在ARM指令中常用作堆栈指针（SP），但这只是一种习惯用法，用户也可使用其他的寄存器作为堆栈指针。而在Thumb指令集中，某些指令强制性的要求使用R13作为堆栈指针。

由于处理器的每种工作模式均有自己独立的物理寄存器R13，在用户应用程序的初始化部分，一般都要初始化每种模式下的R13，使其指向该工作模式的栈空间。这样，当程序进入异常模式时，可以将需要保护的寄存器放入R13所指向的堆栈，而当程序从异常模式返回时，则从对应的堆栈中恢复，采用这种方式可以保证异常发生后程序的正常执行。 R14称为链接寄存器(Link Register)，当执行子程序调用指令(BL)时，R14可得到R15(程序计数器PC)的备份。在每一种工作模式下，都可用R14保存子程序的返回地址，当用BL或BLX指令调用子程序时，将PC的当前值复制给R14，执行完子程序后，又将R14的值复制回PC，即可完成子程序的调用返回。以上的描述可用指令完成。

执行以下任意一条指令： MOV PC, LR BX LR 在子程序入口处使用以下指令将R14存入堆栈： STMFD SP！,{,LR} 对应的，使用以下指令可以完成子程序返回： LDMFD SP！,{,PC} R14也可作为通用寄存器。

3.2.2.4 程序计数器PC(R15)

所有工作模式下访问的R15都是同一个物理寄存器，由于ARM体系结构采用了多级流水线技术，对于ARM指令集而言，PC总是指向当前指令的下两条指令的地址，即PC的值为当前指令的地址值加8个字节。

在ARM状态下，R15[1:0]为0，R15[31:2]用于保存PC；在Thumb状态下，R15[0]为0，R15[31:1]用于保存PC。

3.2.2.5 CPSR和SPSR

R16用作CPSR(Current Program Status Register，当前程序状态寄存器)，CPSR可在任何工作模式下被访问，它包括条件标志位、中断禁止位、当前处理器模式标志位，以及其他一些相关的控制和状态位。

每一种工作模式下又都有一个专用的物理状态寄存器，称为SPSR(Specified Program Status Register，备份的程序状态寄存器)，当异常发生时，SPSR用于保存CPSR的当前值，从异常退出时则可由SPSR来恢复CPSR。 User模式和System模式不属于异常模式，它们没有SPSR，当在这两种模式下访问SPSR，结果是未知的。

2.6 CPSR各标志位含义

31	30	29	28	27	26	7	6	5	4	3	2	1	0
N	Z	C	V	Q	DNM(RAZ)	I	F	T	M4	M3	M2	M1	M0

N（Negative）---设置成当前指令运算结果的bit[31]的值。当两个有符号整数运算时，N=1运算结果为负数，N=0运算结果为正。

Z（Zero）---Z=1运算结果为零；Z=0表示运算的结果不为零。对于CMP指令，Z=1表示进行比较的两个数大小相等。

C（Carried out）---分四种情况讨论 1）在加法指令中（包括比较指令CMP），当结果产生进位，则C=1，表示无符号运算发生上溢出；其他情况C=0。 2）在减法指令中（包括减法指令CMP），当运算发生借位，则C=0，表示无符号运算发生下溢出；其他情况下C=1。 3）对于包含移位操作的非加减运算指令，C中包含最后一次溢出的位的数值 4）对于其他非加减运算指令，C位的值通常不受影响 V（oVerflow）---对于加减运算指令，当操作数和运算结果为二进制的补码表示的带符号数时，V=1符号为溢出；通常其他指令不影响V位。

Q---在ARM V5的E系列处理器中，CPSR的bit[27]称为Q标识位，主要用于指示增强的DSP指令是否发生了溢出。同样的spsr的bit[27]位也称为Q标识位，用于在异常中断发生时保存和恢复CPSR中的Q标识位。在ARM V5以前的版本及ARM V5的非E系列的处理器中，Q标识位没有被定义。

I和F---当I=1时禁止IRQ中断，当F=1时禁止FIQ中断

T---对于ARM V4以更高版本的T系列ARM处理器，T=0表示执行ARM指令；T=1表示执行Thumb指令对于ARM V5以及更高版本的非T系列处理器，T=0表示执行ARM指令；T=1表示强制下一条执行的指令产生未定指令中断

M[4:0]---定义了的ARM工作模式，具体见1中表CSPR[4：0]定义的ARM工作模式