嵌入式学习（Day 51:ARM指令/汇编与c语言函数相互调用）

1.Supervisor模式与SVC模式

• Supervisor模式是ARM处理器的一个特权工作模式，允许执行特权指令和访问特权资源。
• SVC模式（Supervisor Call）是与Supervisor模式相关的一个功能或指令，用于从用户模式切换到Supervisor模式，并触发系统服务例程的执行。
• SVC不是一种独立的工作模式，而是与Supervisor模式协同工作，用于系统调用和异常处理。

        所以，Supervisor模式和SVC模式在ARM处理器中是不同的概念，但它们之间有密切的关联。SVC模式使用Supervisor模式的功能来提供系统服务。

2.指令+s的作用，影响N,Z,C,V位

        ARM指令中的“S”后缀用于指示该指令执行后是否更新程序状态寄存器（CPSR）的条件标志位。这些标志位可以用于后续的条件判断或分支操作，从而影响指令的执行顺序。

以下是具体功能和详细解释：

• 条件标志位更新：当ARM指令后带有“S”后缀时，该指令执行后，程序状态寄存器的条件标志位（如N、Z、C、V等，分别代表负数、零、进位和溢出）将被刷新或更新。这些标志位经常用于对条件进行测试，例如是否溢出、是否进位等。

• 影响指令执行顺序：根据这些条件标志位的变化，程序可以执行不同的分支或循环，从而影响指令的执行顺序。例如，可以使用这些标志位来判断一个加法操作是否导致溢出，然后根据结果选择不同的后续指令。

• 指令格式：在ARM指令中，后缀“S”是可选的。当不使用“S”后缀时，指令执行后程序状态寄存器的条件标志位将不会发生变化。指令的一般格式可以表示为{ } {S},{, }，其中是操作码，是可选的条件码，是目标寄存器，是存放第一操作数的寄存器，是第二操作数。

• 具体示例：以加法指令为例，ADD R3, R5, R8（没有使用“S”后缀）执行后，条件标志位将不会发生变化；而ADDS R3, R5, R8（使用了“S”后缀）执行后，条件标志位将根据结果刷新。

3.CPSR(程序状态寄存器)/SPSR（程序状态保存寄存器）

在ARM架构中，CPSR（Current Program Status Register，当前程序状态寄存器）和SPSR（Saved Program Status Register，程序状态保存寄存器）是两个重要的状态寄存器，它们在处理器中扮演着关键的角色。以下是关于这两个寄存器的详细解释：

        3.1. CPSR（当前程序状态寄存器）

        N和C标志位被“置位”，指的是这些标志位被设置为特定的值以表示某种状态或条件。

功能与作用：

• CPSR在用户级编程时用于存储条件码。
• 它包含条件码标志、中断禁止位、当前处理器模式以及其他状态和控制信息。

内容详解：

• 条件标志位：包括N、Z、C、V等，用于表示指令执行后的状态，如运算结果的符号、零、进位和溢出等。
• 中断禁止位：包括I（IRQ中断禁止位）和F（FIQ中断禁止位），用于控制是否允许相应的中断发生。
• 处理器模式标志位：指示处理器当前处于哪种模式，如用户模式、系统模式、中断模式等。

访问方式：

• CPSR在任何处理器工作模式下都可以被访问。

        3.2. SPSR（程序状态保存寄存器）

功能与作用：

• SPSR用于保存CPSR的状态，以便在异常返回后恢复异常发生时的工作状态。

内容详解：

• 当特定的异常中断发生时，SPSR会存放当前CPSR的内容。
• 在异常中断退出时，可以使用SPSR来恢复CPSR的状态。

注意：

• 由于用户模式和系统模式不是异常中断模式，所以它们没有对应的SPSR。
• 如果在用户模式或系统模式下尝试访问SPSR，将会产生不可预知的后果。

总结：

• CPSR是ARM处理器中的核心寄存器之一，用于存储处理器的状态信息，并在各种模式下提供对中断和其他功能的控制。
• SPSR作为CPSR的备份，用于在异常处理过程中保存和恢复处理器的状态。这两个寄存器共同确保了ARM处理器在各种复杂操作中的稳定性和可靠性。

4.跳转指令和加载指令

   4.1跳转指令（b/bl/bx）

        b:无条件跳转指令；

        bl:用于函数调用，并在lr寄存器中保存返回地址。

        bl和b之间的区别就在于bl会在lr寄存器中保存回来的地址。

        bx:回到调用处，即：返回主调函数。

        bxgt:满足gt条件时，回到调用处。（gt:>,        ge：>=）

  bx 基于寄存器的内容进行跳转，并支持 ARM/Thumb 切换。

4.2 加载指令（LDR）

• LDR指令：
  • 功能：用于从内存中读取一个32位的字数据到目的寄存器中。
  • 格式：LDR{条件} 目的寄存器, <存储器地址>
  • 示例：
    • LDR R0, [R1]：将存储器地址为R1的字数据读入寄存器R0。
    • LDR R0, [R1, #8]：将存储器地址为R1+8的字数据读入寄存器R0。
  • 特点：
    • 寻址方式灵活多样，支持直接地址、基址加偏移量等。
    • 当程序计数器PC作为目的寄存器时，指令从存储器中读取的字数据被当作目的地址，从而可以实现程序流程的跳转。
  • bic指定位清零指令：
  • BIC{S} , , #；将rn中的字数据const为1的比特清零，把结果放入rd
    • orr指定位置位指令：
    • ORR{S} , , #

5.ARM中常见的数据处理指令

• ADD：

  • 含义：加法指令。
  • 使用：将两个寄存器或立即数与一个寄存器相加，并将结果存储在一个寄存器中。
  • 示例：ADD R1, R2, R3 将 R2 和 R3 的值相加，并将结果存储在 R1 中。

• SUB：

  • 含义：减法指令。
  • 使用：从一个寄存器中减去另一个寄存器或立即数，并将结果存储在一个寄存器中。
  • 示例：SUB R1, R2, R3 从 R2 中减去 R3 的值，并将结果存储在 R1 中。

ARM指令集中的数据处理指令是用于在寄存器中执行数学运算、逻辑运算以及数据传送的指令。这些指令在ARM架构中扮演着核心角色，允许CPU高效地执行各种计算任务。以下是一些ARM中常见的数据处理指令，按照其功能分类进行归纳：

1. 数据传送指令：
   • MOV指令：用于将一个寄存器或立即数的值传送到另一个寄存器。例如，MOV R1, R0 将寄存器R0的值传送到寄存器R1。
   • MVN指令：是数据取反传送指令，将一个寄存器或立即数的反码传送到目标寄存器。例如，MVN R0, #0 将立即数0取反后传送到寄存器R0。
2. 算术运算指令：
   • ADD指令：用于将两个寄存器或立即数相加，并将结果存放到目的寄存器中。例如，ADD R0, R1, R2 将R1和R2的值相加后存放到R0。
   • ADC指令：带进位的加法指令，用于将两个寄存器或立即数相加，并加上CPSR中的C条件标志位的值，然后将结果存放到目的寄存器中。
3. 逻辑运算指令（虽然参考文章中没有直接提及逻辑运算指令，但它们是数据处理指令的重要部分）：
   • AND指令：用于将两个寄存器或立即数进行逻辑与运算。
   • ORR指令：用于将两个寄存器或立即数进行逻辑或运算。
   • EOR指令：用于将两个寄存器或立即数进行逻辑异或运算。
4. 比较指令：
   • CMP指令：用于比较两个寄存器或立即数的值，并更新CPSR中的条件标志位，但不保存运算结果。
   • CMN指令：将一个寄存器或立即数的取反值与另一个寄存器或立即数进行比较，并更新CPSR中的条件标志位。
5. 移位指令（虽然参考文章中没有直接提及移位指令，但它们也是数据处理指令的一部分）：
   • LSL指令：逻辑左移指令，将寄存器的内容向左移动指定的位数。
   • LSR指令：逻辑右移指令，将寄存器的内容向右移动指定的位数。
   • ASR指令：算术右移指令，在移位时保留符号位。
6. 特殊数据处理指令：
   • MOVS指令：与MOV指令类似，但会更新CPSR中的条件标志位。
   • BIC指令：位清零指令，用于将某个寄存器中的特定位清零。

这些指令共同构成了ARM指令集中的数据处理部分，允许开发者在ARM架构的CPU上执行各种复杂的计算任务。需要注意的是，ARM指令集在不同的版本（如ARMv7、ARMv8等）中可能会有所不同，上述指令是ARM指令集中常见的和通用的部分。

6.栈的实现类型：

2440实现保护和恢复现场使用的栈是数组栈，即用一段连续的内存空间为栈提供空间。从数组栈的具体实现来看入栈的方式有四种做法：

• 空增：先写入数据，再让栈指针自增；(栈指针平时指向空)
• 空减：先写入数据，再让栈指针自减；（栈指针一开始指向栈顶）
• 满增：先让栈指针自增，再写入数据；（栈指针平时指向最高层数据）
• 满减：先让栈指针自减，再写入数据。（栈指针指向栈顶的上一个空位置）

        arm体系采用的方案是满减，但是在进行操作之前，我们必须告诉2440栈底的位置，这里我们把栈底设置为0x40001000，从地址0x40000000开始的0x1000这段内存空间对应的是2440内部的一段ram，总共4k。实际能够使用的内存空间为[0x40000000~0x40000FFF]，设置栈底指针寄存器: ldr sp =0x40001000

        6.1入栈保护指令stmfd(STMDB)

STMFD {!},

其中Rn表示栈底指针寄存器，< registers >表示需要入栈保护的寄存器，!表示入栈之后sp自动自减。如：

stmfd sp!, {r0, r1, r2, r3-r12, lr}               ；保护现场

6.2出栈恢复指令ldmfd(LDM/LDMIA/)

LDMFD {!},

中Rn表示栈底指针寄存器，< registers >表示需要入栈保护的寄存器，!表示出栈之后sp自动自增。如：

ldmfd sp!, {r0, r1, r2, r3-r12, lr}   ；恢复现场

7.汇编与C语言代码互相调用规则

7.1在汇编中调用c语言编写的函数

        设有c语言定义的函数void func_c(void);在汇编代码中调用该函数，只需用import（导入）声明函数名即可，之后就可以使用bl指令调用该函数，注意，既然是调函数，就一定要保护现场。

        7.2 向c函数传参

向c函数传参的方法很简单，如果参数个数小于等于4个，就直接用r0~r3传参，c函数返回值通过r0寄存器返回：

设有c函数：

        int add_c(int a, int b, int c, int d)

        {

        return a + b + c + d;

  }

如果参数个数大于4个，从第五个参数开始就需要通过栈来传参（前4个参数传参，通过r0-r3传参，返回值用r0传参）

在c语言中调用汇编编写的函数类似，不过在汇编中用export声明函数，同时需要在c语言中用extern声明函数，按照标准，调用者负责保护现场和恢复现场

传参方法于此类似

8.切换ARM内核的工作模式

        mrs:读取CPSR的状态；

        msr:写入CPSR寄存器。

        切换工作方式的思路很简单，由于内核的工作模式是由cpsr寄存器的低5位来设置的，那么就可以先把cpsr读出来，更改低5位之后再设置进去。这里读取cpsr使用mrs指令，写cpsr寄存器用msr指令，需要注意的是在keil环境下写cpsr需要写成：   msr cpsr_c r0；将r0的值写入到cpsr寄存器