（五）ARM汇编简单了解

超、凢脫俗 2023-03-03 06:27 6阅读 0赞

> 汇编语言在最底层，只有电路的电信号，可以用电压表示电路状态，所以用0和1来代替高低电平。也就有了二进制。处理器处理二进制序列，有时候也成为机器码。  
> 假设  
> 有几个很长的二进制有不同的含义，前人总结了很多套形式，在使用，就需要助记符和缩写来记二进制组合，助记符一般是3个字符，也有一些多个字母的  
> 我们就可以使用助记符来编写程序，也就是汇编语言的程序。汇编语言是程序的最底层语言

#### ARM汇编用在了什么地方？ ####

我们身边有很多东西都是ARM架构，手机、路由器、遥控器、物联网IOT设备等等，都是ARM架构。

#### ARM汇编的指令集 ####

*  数据处理指令
 *  转义指令
 *  程序状态寄存器访问指令
 *  加载、存储指令
 *  异常产生指令
 *  伪指令

##### 1. 数据处理（传送）指令 #####

a=2 b=3 | a+b | a>b | true and false

分号后面可以写注释

###### 1.1 数据传送指令 ######

1----MOV

MOV R1,R0：把寄存器R0的值 或 立即数传递给R1寄存器

示例：

MOV R1,R0
    
    MOV PC,R14     寄存器R14的值传给PC
    
    MOV R1,R0,LSL#3   将寄存器R0的的值左移3位后（相当于十进制乘以8），传递给R1

2----MVN：数据取反传送指令

MVN R1,R0：把寄存器R0的立即数 按位取反 传递给R1寄存器

###### 1.2 算数运算指令 ######

1----ADD 加法

示例：(指令小写也可以)

ADD R0,R1,R2;   R0=R1+R2
    
    ADD R0,R1,#256;  R0=R1+256
    
    ADD R0,R1,R2,LSL#1  ;   R0=R1+(R2<<1)

2----ADC 带进位的加法指令  
会将两个操作数相加，再加上CPSR中的C条件标位置的值，将加过放到 目的寄存器中

CPSR是什么？  
叫做当前程序状态寄存器（ARM中一般有16个寄存器，0-15，第17个就是CPSR）  
CPSR寄存器示意图如下：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2lkX18zOQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]

*  V：溢出标志
 *  C：进位标志
 *  Z：零标志
 *  N：复数标志
 *  T：状态位
 *  M：模式位

3----ADDS：相加并影响标志位

4----SUB减法  
SUB \{条件\} 目的寄存器R0，操作数1，操作数2  
sub指令使用操作数1 减去 操作数2.并将结果放入操作数R0中

操作数1 一般都是寄存器  
操作数2 可以是寄存器，也可以是立即数，也可以是被位移的寄存器

示例：

sub R0,R1,R2 ;  R0=R1-R2
    
    sub  R0,R1,#256;  R0=R1-256
    
    sub R0,R1,R2,LSL#1  ;   R0=R1-(R2<<1)

5----SBC 带借位的减法指令

###### 1.3 比较指令 ######

1----直接比较指令CMP  
cmp指令用于把一个寄存器的内容和另一个寄存器的内容 或 立即数 进行比较，同时更新CPSR 中条件标示位。  
这个执行，会做一次减法运算，不存储结果，只更改条件标志位。  
标志位标示的是操作数1与操作数2的关系（大于、小于、等于）  
CMP \{条件\} 操作数1，操作数2

示例：

cmp R0,R1   ；将寄存器R0 的值与R1的值进行相减，并根据结果设置CPSR的标志位
    
    cmp R0,#50   ;将寄存器R0的值 与 立即数50 相减，并根据结果设置CPSR的标志位

2----CMN负数比较指令  
cmn 操作数1，操作数2  
cmn指令用于把一个寄存器的内容和另一个寄存器的内容 或立即数进行比较，同时更新 CPSR中条件标志位

示例：

cmn R1,R0   ;将R1寄存器和R0寄存器的值相加，并根据结果设置CPSR的标志位
    
    cmn R1,#80   ;将寄存器R1的值 与 立即数 80 相加，并根据结果设置 CPSR 的标志位

###### 1.4 逻辑运算指令 ######

1----AND逻辑与  
AND \{条件\}\{S\} 目的寄存器，操作数1，操作数2  
AND指令用于操作数1与操作数2 进行逻辑运算，结果存入目的寄存器  
操作数1 一般都是寄存器，操作数2 可以是寄存器，也可以是被位移的寄存器，也可以是立即数

AND R0,R1,R2  ;R1 && R2的值 给R0寄存器

2----ORR 逻辑或  
3----EOR 逻辑异或  
4----BIC 位清零

###### 1.5 乘法 ######

（1）MUL 乘法

mul \{cond\}\{S\} R0,R1,R2 ;R0=R1xR2

muls R0,R3,R7 ;R0=R3xR7 同时设置CPSR中的N位和Z位

（2）MLA 乘-累加  
mla \{cond\}\{S\} 目的寄存器，操作数1，操作数2，操作数3 ;目的寄存器=操作数1 x 操作数2 + 操作数3  
mla R0，R1，R2，\#10 ;R0=R1 x R2 + 10

（3）UMULL 无符号，乘法（64位无符号乘）  
umull R1,R0,R5,R8 ;将R5 R8做无符号相乘，结果 低32位R0中，高32位放到R1中

（4）UMLAL 无符号乘法-累加  
（5）SMULL 有符号，乘法  
（6）SMLAL 有符号乘法-累加

##### 2. 汇编的转移（跳转）指令 #####

用来实现程序流程的跳转，在RAM中，有两种跳转方式

*  使用专门的跳转指令
 *  向程序计数器PC写入跳转地址的值

跳转指令向前或向后可以跳32MB的地址空间，写入跳转地址的值可以实现4GB跳转

ARM指令中，常用的指令有4条：

*  B：跳转指令
 *  BL：带返回的跳转指令
 *  BLX：带返回和状态切换的跳转指令
 *  BX：带状态切换的跳转指令

###### 2.1无条件跳转 ######

1----B指令  
语法：B label（标记label）

示例：

B  Label   ;无条件跳转到Label处执行
    CMP R1,30

2----BX指令  
语法：BX label

如果目标地址不是立即数

示例：

BX  Label   ;无条件跳转到Label处执行
    CMP R1,30

###### 2.2 有条件跳转 ######

1----BL指令  
语法：BL label

BL 跳转，在跳转之前，会在寄存器中 保留PC的当前内容。所以，我们可以将之前的内容重新加载到PC内，来返回到跳转指令 之后的 那个指令处执行

示例：

B  Label   ;无条件跳转到Label处执行
    CMP R1,30

2----BLX指令  
语法：BLX label

BLX 指令跳转到目标地址，并将处理器的工作状态用ARM状态切换到Thumb状态，并将当前内容保存到寄存器中。

当子程序使用Thumb指令（16位的），（Thumb指令是ARM指令集的子集）。本身使用ARM指令。子集的返回值可以通过

3-----其他指令  
如：BEQ label 上面的cmp满足 等于，就跳到label处执行

*  BEQ：跳转到 等于的地方
 *  BGT：跳转到大于的地方
 *  BLT：跳转到小于的地方
 *  BLE：跳转到小于等于的地方
 *  BGE：跳转到大于等于的地方

##### 3. 程序状态寄存器访问指令 #####

###### 3.1 MRS ######

语法：MRS \{cond\} 通用寄存器，程序状态寄存器（CPSR或SPSR）  
MRS将程序状态寄存器的内容 传到 通用寄存器中，一般2种情况：  
（1）需要改变当前程序状态寄存器的内容时，用MRS指令，将程序状态寄存器传递给通用寄存器，修改后再写回程序状态寄存器  
（2）异常处理或者切换时，保存程序状态寄存器的值

例如：

MRS r0,CPSR    ;传送 CPSR的内容到r0
    
    MRS r0,SPSR    ;传送 SPSR的内容到r0

###### 3.2 MSR ######

语法：MSR \{cond\} 程序状态寄存器（CPSR或SPSR）的域，操作数

MSR指令将操作数的内容传递到 程序状态寄存器中 的 特定域中

域：用于设置程序状态寄存器，需要使用的操作位。32位状态寄存器分为4个域

位\[7:0\] 控制位 域，用c表示  
位\[15:8\] 扩展位 域，用x表示  
位\[23:16\] 状态位 域，用s表示  
位\[31:24\] 条件标志位 域，用f表示

示例：

MSR  CPSR_c,r0   ;将r0的内容传送给CPSR，仅修改CPSR中的控制位域
    
    MSR  CPSR,r0   ;将r0的内容传送给CPSR

##### 4. 加载存储指令 #####

ARM 处理器支持加载、存储指令，用于在寄存器和存储器之间传递数据  
存储器在CPU外  
寄存器（又称缓存），一般整合在CPU内  
加载指令：将存储器中的数据传递到寄存器  
存储指令：将寄存器中的数据 存储到存储器

###### 4.1 LDR加载指令 ######

语法：LDR\{cond\} 目的寄存器，<存储器地址>

示例：

LDR r0,[r1]    ;将寄存器地址为r1的字数据 传递到 寄存器r0
    
    LDR r0,[r1,#8]    ;将寄存器地址为r1+8的字数据 传递到 寄存器r0
    
    LDR r0,[r1,r2]    ;将寄存器地址为r1+r2的字数据 传递到 寄存器r0
    
    LDR r0,[r1],r2    ;先将寄存器地址为r1的值 给r0寄存器，后将r1+r2的值给r1
    
    LDR r0,[r1,r2]!    ;将寄存器地址为r1+r2的字数据 传递到 寄存器r0，再将r1+r2的值给r1
    
    LDR r0,[r1] r2,LSL#2    ;先将寄存器地址为 r1的值给r0，后将 r1+r2 x 4 的值给r1
    
    LDR r0,[r1, r2,LSL#2 ]!   ;将寄存器地址为 r1+r2 x 4 的值给r0，再将新地址 r1+r2 x 4写入r1

###### 4.2 LDRB ######

语法：LDRB\{cond\} 目的寄存器 <存储器地址>

LDRB 用于从存储器中将一个8位的字节数据传送到寄存器内，同时将高位24 位清零

示例：

LDRB r0,[r1]    ;将寄存器地址为r1的字数据 传递到 寄存器r0，r0的高24位清零

###### 4.3 LDRH ######

语法：LDRH\{cond\} 目的寄存器 <存储器地址>

LDRB 用于从存储器中将一个16位的字节数据传送到寄存器内，同时将高位16 位清零

示例：

LDRH r0,[r1]    ;将寄存器地址为r1的字数据 传递到 寄存器r0，r0的高16位清零

###### 4.4 STR存储指令 ######

语法：STR\{cond\} 源寄存器 <存储器地址>

STR 用于从源存储器中将一个32位的字节数据传送到寄存器内

示例：

STR r0,[r1]    ;将r0寄存器的内容 存储到 地址为r1的存储器中
    
    STR r0,[r1],#8    ;将r0寄存器的内容 存储到 地址为r1的存储器中，将新地址r1+8给r1
    
    STR r0,[r1,#8]    ;将r0寄存器的内容 存储到 地址为r1+8的存储器中

###### 4.5 STRB存储指令 ######

语法：STRB\{cond\} 源寄存器 <存储器地址>

STRB 用于将寄存器中一个低16位的字节数据 传送到存储器内  
示例：

STRB r0,[r1]    ;将r0寄存器的低16位的内容 存储到地址为r1的存储器中
    
    STRB r0,[r1],#8    ;将r0寄存器低16位的内容 存储到 地址为r1的存储中

###### 4.5 批量数据加载、存储指令 ######

ARM支持在一片连续的存储单元和多个存储器之间进行数据传递  
LDM批量加载指令  
STM批量存储指令  
语法：LDM \{cond\} 基址寄存器\{！\}，寄存器列表\{A\}  
\{! \}后缀，数据传送完毕后，将最后的地址写入基址寄存器，否则 基址寄存器内容不变

*  IA 每次传送 后 地址加1
 *  IB 每次传送 前 地址加1
 *  DA 每次传送 后 地址减1
 *  DB 每次传送 前 地址减1
 *  FD 满递减堆栈
 *  ED 空递减堆栈
 *  FA 满递增堆栈
 *  EA 空递增堆栈

示例：

LDMFD  R13!,{R0,R4-R12,PC}     ;将 堆栈内容 读取到 寄存器（R0,R4-R12,LR）

##### 5. 异常产生指令 #####

异常指令 产生软件中断，使用用户程序能够调用系统进程

###### 5.1 SWI ######

语法：SWI \{cond\} 24位的立即数  
如：

swi  0x02    ;指令调用传统 操作 变量为02 的系统进程

###### 5.2 BKPT ######

语法：BKPT \{cond\} 16位的立即数

BKPT 指令用于产生断点中断，用于调试

##### 6. 汇编伪代码 #####

（1）AREA  
一个汇编程序至少包含一个段。当程序太长的时候，可以分为多个代码段和数据段  
区分代码段的开头，我们使用AREA

语法格式：AREA 段名 属性1，属性2，…

CODE属性：用于定义代码段，默认是readonly  
DATA属性：用来定义数据段，默认readwrite  
readonly：只读  
readwrite：可读可写  
ALIGN：使用方式为align表达式，在ELF的代码段或数据段是按字对齐。0-31  
COMMON：定义通用段，不包含代码和数据

示例：

AREA  Init,CODE,READONLY   ;这个伪指令定义一个名为Init，属性为只读的代码（code）段

（2）ALIGN  
语法：ALIGN \{表达式，\{，偏移量\}\}

align 通过添加填充字节的方式，使当前位置满足对齐方式。2的n次方

示例：

AREA init,code,readonly,align=4   ;指定 后面的指令为16 字节对齐
    ...
    指令序列
    ...
    END

（3）CODE16, CODE32  
CODE16 通知 编译器，后面的指令序列 都是16位Thumb 指令  
CODE32 通知 编译器，后面的指令序列 都是32位ARM 指令  
可以在同个代码段使用

示例：

AREA init,code,readonly
    ENTRY  ;进入
    code32    ;从这开始 为32位 ARM指令
    LDR  R0,[R1]  ;存储[R1]的值，加载到寄存器R0
    BX   R0   ;跳转到R0存的那个 地址，进行执行，且切换到Thumb 工作状态
    
    code 16  ;从这里开始 是16位 Thumb指令
    LDR R1,=0x2A
    END   ;程序结束

（4）ENTRY  
语法：entry

用来指定 汇编程序的 入口 。在一个完整的 汇编程序中 ，至少一个 entry ，可以有多个。但是在源文件中 ，只能有一个entry（或可以没有）

示例：

area  init , code, readonly
    entry 
    ...
    end

（5）END

（6）EQU  
equ伪指令，定义的符号名必须是唯一的

用于将一个数值或寄存器名 赋值给一个指定的符号名

程序结尾

##### 代码实例 #####

（1）有两个32位值a,b，存放在存储器地址为 0x80010,0x80014中，现在要实现 c=a+b，c存放在0x80018中。

;此段伪代码用来实现 c=a+b（寄存器的个数非常有限，不能浪费）
    
    AREA  MYADD, CODE, READONLY   ;声明 名称 和属性
    ENTRY                         ;入口
    CODE32                        ;从此处开始 是 32 位的ARM
    LDR  R0, =0x80010             ;变量a的地址 存入R0
    LDR R1, [R0],#4               ;将存储器R0地址的值 给 寄存器 R1, 且R0更新为R0+4
    LDR R2, [R0],#4               ;将存储器R0地址的值 给 寄存器 R2, 且R0更新为R0+4
    ADD R1,R1,R2                  ;R1=R1+R2
    STR R1,[R0]                   ;存储R1的值到R0，即存到0x80018的位置
    END                           ;程序结束

（2）有一个32位的符号数x，存放在存储器地址为0x90010  
实现：如x>0,y=0；x<0,y=5；将y保存到0x90010中。

AREA  PANDUAN, CODE, READONLY   
    		ENTRY      
    		CODE32
    START   LDR  R1, =0x90010
    		LDR R2, [R1]
    		CMP R2,#0
    		BGT PLUS                      ;大于0则跳转到PLUS LABEL
    		BLT MINUS
    		END
    PLUS	MOV R0,#10     ;将立即数10给R0
    		STR R0,[R1]
    		END
    MINUS   MOV R0,#5    
    		STR R0,[R1]
    		END

（3）有一个32位带符号数x，存放在存储器地址为0x90010  
实现：如x>0,y=1；x=0,y=0；x<0,y=-1；将y保存到0x90014中。

AREA  PANDUAN, CODE, READONLY   
    		ENTRY      
    		CODE32
    START	LDR  R1, =0x90010
    		LDR R2, [R1],#4
    		CMP R2,#0
    		BGT PLUS 
    		BEQ EQUAL
    		MOV R0,#-1                   
    		B FINISH
     PLUS   MOV R0,#1
     		B FINISH
     EQUAL  MOV R0,#0
     		B FINISH
    FINISH 	STR R0,[R1]
     		END

（4）实现1+2+3+…+10

AREA  MYLOOP, CODE, READONLY   
    		ENTRY      
    		CODE32
    START	LDR R0,=0x90010
    		MOV R1,#10                  ;最终加到10
    		MOV R2,#1                   ;加数起始值为1
    		MOV R3,#0                   ;起始和为0
    LOOP	ADD R3,R3,R2                ;R3=R3+R2
    		ADD R2,R2,#1                ;R2=R2+1
    		CMP R2,R1                   ;判断是否加到最后一个数
    		BGT FINISH                  ;大于就跳转到结束
    		B LOOP                      ;如果不大于，就跳转回去重复执行
    FINISH	STR R3,[R0]                 
    		END

（5）实现1+2x3+3x4+…+10x11,存储结果到0x90010

AREA  MYLOOP, CODE, READONLY   
    		ENTRY      
    		CODE32
    START	LDR R0,=0x90010
    		MOV R1,#10                  ;最终加到10
    		MOV R2,#2                   ;加数起始值为2
    		MOV R3,#0                   ;起始和为1
    LOOP	ADD R4,R2,#1                ;R4=R2+1
    		MLA R3，R2，R4，R3           ;R3=R2xR4+R3
    		ADD R2,R2,#1 
    		CMP R2,R1                   ;判断是否加到最后一个数
    		BGT FINISH                  ;大于就跳转到结束
    		B LOOP                      ;如果不大于，就跳转回去重复执行
    FINISH  STR R3,[R0]               
    		END

（6）求两个数组DATA1和DATA2对应数据的和，并将这个和放到新数组中。

AREA DEFINEDATA,DATA,READWRITE   ;定义数据段，类型为data，可读可写
    DATA1	DCD 1,2,-2,-1,4,5,6              ;数组data1
    DATA2	DCD 1,2,3,-1,-2,-5,-6            ;数组data2
    SUM	DCD 0,0,0,0,0,0,0                    ;数组sum
    		
    		AREA MYARRAY,CODE,READONLY       ;代码段
    		ENTRY
    		CODE32
    START	LDR R1,=DATA1                    ;将数组data1的首地址加载到 R1
    		LDR R2,=DATA2                    ;将数组data2的首地址加载到 R2
    		LDR R3,=SUM                      ;将数组sum的首地址加载到 R3
    		MOV R0,#0                        ;计数器R0 初始值为0
    		  
    LOOP	LDR R4,[R1],#04                  ;将R1地址的值，传给R4，然后修改R1的地址指针
    		LDR R5,[R2],#04                  ;将R2地址的值，传给R5，然后修改R2的地址指针
    		ADDS R4,R4,R5                    ;相加并影响标志位
    		STR R4,[R3],#04                  ;将相加的值R4存到sum的首个地址中，然后修改R3的地址指针
    		ADD R0,#1                        ;R0计数
    		CMP R0,#6                        ;计数器R0和6比较
    		BGT FINISH                       ;大于则跳转到FINISH
    		B LOOP                           ;否则重复执行
    FINISH	END

（7）数组a,b分别存放在 0x40000,0x50000为起始地址的区域内，完成

for(int i=1;i<7;i++){
    	b[i]=a[i];
    	if(b[i]==0){
    		b[i]=-1;
    	}
    }

AREA DEFINEDATA,DATA,READWRITE  
    A1		EQU 0x40000
    B1		EQU 0x50000
    		
    		AREA MYARRAY,CODE,READONLY        ;代码段
    		ENTRY
    		CODE32
    START	LDR R1,=A1                        ;将数组A的首地址加载到 R1           
    		LDR R2,=B1                        ;将数组B的首地址加载到 R2        
    		MOV R0,#1                         ;定义i=1
    		
    LOOP	LDR R3,[R1],#4
    		CMP R3,#0
    		BEQ ZERO
    		STR R3,[R2],#4
    HALF	ADD R0,R0,#1
    		CMP R0,#7
    		BLT LOOP
    		B FINISH
    ZERO	MOV R3,#-1
    		STR R3,[R2],#4
    		B HALF	
    FINISH	END

AREA 	MYARRAY,CODE,READONLY        ;代码段
    A1		EQU 0x40000
    B1		EQU 0x50000
    NUM	EQU 7
    		ENTRY
    		CODE32
    START	LDR R1,=A1
    		LDR R2,=B1
    		MOV R0,#1
    LOOP	LDR R3,[R1],#4
    CMP		R3,#0
    		MVNEQ R3,#0   ;如果上面的判断为0，将-1给R3
    		STR R3,[R2],#4
    		ADD R0,R0,#1
    		CMP R0,#NUM
    		BLT LOOP
    		END

（8）查询从存储器0x400000开始的100个数中，值为0的个数。将结果存到0x400200地址中。

AREA ENN,CODE,READONLY
    		ENTRY
    		CODE32
    START	LDR R1,=0x400000
    		LDR R2,=0x400200
    		MOV R0,#0      ;计数器1
    		MOV R4,#1     ;计数器2
    LOOP	LDR R3,[R1],#4
    		CMP R3,#0
    		BQE ZERO
    HALF	ADD R4,R4,#1
    		CMP R4,#100
    		BGT FINISH
    		B LOOP
    ZERO	ADD R0,R0,#1
    		B HALF
    FINISH	STR R0,[R2]
    		END

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