ARM汇编(gun-complier)

首先，在前面已经将ARM架构体系和计算机系统的简单讲解，如果到时候忘了直接先浏览一下前面写好的《从计算机系统组成到ARM体系架构》。

处理器执行状态

最常用的执行状态ARM状态，其次是Thumb状态，除此之外还有ThumbEE状态，和Jazelle状态（不同状态有各自不同的指令集）；关于这四个状态，在前面CPSR寄存器部分有详细描述

从ARM切换到Thumb状态

下面是一个从ARM切换到Thumb状态，再从Thumb状态切换到ARM状态的例子：

	.text
mov r3,#6			@PC=0x00000000		这句不是必须的
adr r0,thumb		@pc=0x00000004		伪指令真正的汇编指令是：add r0,pc,0x4，这里的PC+0x4=Thumb的地址即=0x00000010，这里的PC是一个特别的值
add r0,r0,#1		@pc=0x00000008		想要切换到Thumb状态需要让指定转跳的地址最后一位为1 
bx r0				@pc=0x0000000c	 	转跳到thumb，即切换为Thumb状态，bx和bl是有区别的，bx可以切换状态，CPSR的状态会改变
.code 16			@ 					即指定步长为0x2，16位地址每次偏移2个字节
thumb:
	mov r3,#4		@pc=0x00000010		这句不是必须的
	ldr r3,=ARM		@pc=0x00000012		真正的汇编指令：LDR r3,[pc,#0xc] 即ARM的地址0x00000018
	bx r3 			@pc=0x00000014		转跳到ARM，即切换为ARM状态，因为转跳地址最后一位不是1；同时CPSR寄存器的值会改变
.code 32			@					即指定步长为0x4，32位地址每次偏移4字节
ARM:
	mov r3,#2		@pc=0x00000018		这句不是必须的
	mov r3,#4	   	@pc=0x0000001c		这句不是必须的
	.end			
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ARM执行状态和Thumb执行状态对比

ARM常见指令集

mov数据传输指令

mov 寄存器，立即数或寄存器

mov r1,#3 相当于r1=3；格式#?中？是立即数，立即数合法的条件（1）最高位1和最低位1之间二进制数的个数小于等于8合法；(2)如果最高位和最低位1之间二进制数的个数大于8，那么循环右移再判断，如果仍然大于8，那么不合法；

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mvn 取反传送指令

mvn 寄存器1，立即数或者寄存器2

mvn r1,#3 相当于r1=0xFFFFFFFC

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LDR数据传输（伪指令）

LDR 寄存器，=数字

LDR r1,=0x124242 相当于r1=124242,使用LDR不用考虑数字是否合法的问题，这个指令非常，非常好用且常用

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add 加法指令

add 寄存器1，寄存器1，立即数或者寄存器2

ldr r1,=3

add r1,r1,#4 结果r1=3,r1=r1+4;最后r1=7;

这里其实暴露了一个问题：还是立即数的问题；我认为最好的解决办法是这样写

ldr r1,=3

ldr r2,=4

add r1,r1,r2

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adds能改变CPSR寄存器C的加法运算,adc带进位的加法运算

如果指令后面带S，那么这个指令具备改变CPSR的能力

adds 寄存器1，寄存器1，寄存器或立即数2

adc 寄存器1，寄存器1，寄存器2或立即数

下面是使用add和adc的例子

.text
ldr r1,=0xFFFFFFFC	@r1=0xFFFFFFFC
adds r3,r1,#0x8		@r3=0x4,cpsr寄存器的C位置1
ldr r3,=5			@r3=3
adc r4,r3,#3		@r4=r3+3+（寄存器CPSR的）c,即r4=3+5+1
.end
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sub减法指令，subs能改变CPSR寄存器N,C的寄存器的减法,sbc带进位的减法

sub 寄存器1，寄存器1，寄存器2或立即数

aubs 寄存器1，寄存器1，寄存器2或立即数

sbc 寄存器1，寄存器1，寄存器2或立即数

sub太简单就不举例了，下面举例subs和sbc的使用

	.text
ldr r1,=0X1		@r1=0x1
ldr r2,=0XFF	@r2=0xFF
ldr r4,=0x2		@r4=0x2
ldr r5,=0x3		@r5=0x3
subs r3,r2,r1	@r3=r2-r1,CPSR的中的C=1
sbc  r6,r4,r5	@r6=r4-r5-!c 即r6=2-3-0=0xFFFFFFFF
subs r3,r1,r2	@r3=r1-r2,CPSR中N=1,C=0；
sbc  r6,r4,r5	@r6=r4-r5-!c 即r6=2-3-1=0xFFFFFFFE
	.end	
		
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前面已经说过了一般来说指令后面加s后缀会改变CPSR

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mul乘法指令(无符号)，muls有符号的乘法指令(即能改变CPSR的N位），mla加乘指令

mul 寄存器1，寄存器1，寄存器2 即寄存器1中存放的值=寄存器中存放的值1*寄存器中存放的值

muls 寄存器1，寄存器1，寄存器2 和mul一样，区别在于会改变CPSR的N位

mla 寄存器1，寄存器1，寄存器2，寄存器3 即寄存器1中存放的值=（寄存器1中存放的值*寄存器2中存放的值）+寄存器3中存放的值

.text
	ldr r1,=0x4			@ r1=0x4
	ldr r2,=0x20000002 	@ r2=0x20000002
	ldr r5,=0x2			@r5=0x2
	ldr r6,=0x2			@r6=0x2
	ldr r7,=0x3			@r7=0x2
	mul r3,r1,r2		@r3=r1+r2=0x80000008	CPSR寄存器中N不会置为1
	muls r4,r1,r2		@r4=r1+r2=0x80000008	CPSR寄存器中的N位置1
	mla r8,r5,r6,r7		@r8(=r5*r6)+r7		
.end
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STR,和LDR指令(这里演示的不是伪指令），注意汇编和C不一样，并不区分大小写

LDR在这里的用法是将寄存器中的值放入内存地址中

STR和LDR相反，是将指定寄存器的值写入内存中，但是STR有个非常坑的地方，也就是权限问题

讲到权限问题就不得不提到计算机中的MMU这个设备，虽然和接下来说的问题关联不太大，但是可以提一下；

MMU内存管理单元：百度给我的解释是：MMU是Memory Management Unit的缩写，中文名是内存管理单元，有时称作分页内存管理单元（英语：paged memory management unit，缩写为PMMU）。它是一种负责处理中央处理器（CPU）的内存访问请求的计算机硬件。它的功能包括虚拟地址到物理地址的转换（即虚拟内存管理）、内存保护、中央处理器高速缓存的控制，在较为简单的计算机体系结构中，负责总线的仲裁以及存储体切换（bank switching，尤其是在8位的系统上;

简单来说就是:关了MMU这个设备我们直接访问的就是物理地址，开启这个设备它会给我们弄一些虚拟地址，而这些虚拟地址通过这个设备的转换，最后会映射到物理地址；ARM一般来说有7种模式，而cortex-A系列增加了一个monitor模式，除了User都是特权模式(即实模式，可以直接访问物理地址)，User是非特权模式(即保护模式，不能直接访问物理地址)，

虚拟地址和物理地址的的概念不说了，接下来言归正传，STR，LDR在使用的时候会碰到NO “write” permission 或者NO “read” permission，出现这个问题的原因是对于访问的内存空间没有填充,（简单来讲就是空间不属于这段程序，这段程序没有操作该内存空间的权限)下面是相关的例子：

.text				@代码段
@msr cpsr,0xD0		@这句没啥用，之前我以为是模式问题		
ldr r1,=0x87654321	@r1=0x87654321
mov r2,#0x40		@r2=0x40
STR r1,[r2]			@*(0x40)=0x87654321,将寄存器r1种的值传给寄存器r2存放的值代表的地址中
LDR r4,[r2]			@r4=*(0x40)将寄存器r2存放的值代表的地址中的值传给r4
	.data			@数据段
buf:				@标签
	.space  4		@分配4个字节的空间
.end
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当我们使用STR或者LDR我们应该定义一段数据段，数据段的大小应该要能存放下数据。同时注意STR和LDR的第二个参数代表的地址应该小于等于在数据段包含的的地址,否则结果可能不能达到我们的预期；

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stmfd压栈和ldmfd出栈指令

关于stmxx和ldmxx

stmfd和ldmfd是ATPCS标准使用的堆栈，下面是一个关于stmfd，和ldmfd的使用例子

.text						@代码段声明
	mov r1,#1				@r1=1
	mov r2,#6				@r2=6
	ldr sp, =stack_base		@为堆栈开辟空间，sp是堆栈指针，指向栈顶元素，sp=B0 
	stmfd sp!, {r0-r12}	 	@入栈顺序是从后向前;将B0-(1*4)=r12,B0-(2*4)=r11,B0-(3*4)=r10,B0-(4*4)=r9,.....B0-(13*4)=r0;	同时sp=sp-0*4,sp=sp-1*4,sp=sp-2*4
	mov r1,#2				@r1=2
	ldmfd sp!, {r0-r12}^ 	@出栈顺序是从前往后,r0=B0-(13*4),r1=B0-(12*4),.......r12=B0-(1*4)
	mov r1,#3			 	@r1=3
	mov r2,#7			 	@r2=7
.data						@数据段声明
buf:						@标签
	.space 48				@分配空间48字节
stack_base:					@栈基地址，也就是SP最初指的地址
.end
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ldr sp, =stack_base		 
stmfd sp!, {r0-r12}	
@这两句实际执行的过程如下图，stmfd压栈的过程并未完全列出，但实际上原理可以类推；
@由压栈过程可以反推出栈过程，这里就不画图了；
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常见ARM指令集表

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分支指令

数据定义，伪操作

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条件码

在之前的分支指令提到过条件，实际上其他指令也可以加条件，下面是条件码表，及其后面有2个简单的使用例子；

例子：用汇编实现C语言代码：if(a==0)b=1;else b=2;假设a和b都是无符号数,其中a=0

.text
mov   r1,#0				@r1=0
cmp   r1,#0				@r1和0比较
moveq r2,#1				@如果r1和0相等，那么r2=1
movne r2,#2				@如果r1和0不相等，那么r2=2
.end											   
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例子:用汇编实现if(a>=2||b>1)c=3;else c=4;假设a,b都是无符号数；其中a=0,b=2

.text
mov   r1,#0			@r1=0
mov	  r2,#2			@r2=2
cmp   r1,#2			@r1和2比较
movcs r3,#3			@r1如果大于等于2，那么r3=3
cmpcc r2,#1			@r1如果小于2，那么比较r2和1
movhi r3,#4			@r2如果大于1，那么r3=4
.end  
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下面这个网址讲述了协处理器各种用途

ARM体系支持16个协处理器

https://blog.csdn.net/silent123go/article/details/53169783?ops_request_misc=%257B%2522request%255Fid%2522%253A%2522166150679616781683951306%2522%252C%2522scm%2522%253A%252220140713.130102334…%2522%257D&request_id=166150679616781683951306&biz_id=0&utm_medium=distribute.pc_search_result.none-task-blog-2_allbaidu_landing_v2~default-1-53169783-null-null.142^v42pc_rank_34_ecpm25,185^v2control&utm_term=ARM%E5%8D%8F%E5%A4%84%E7%90%86%E5%99%A8%E6%9C%89%E5%93%AA%E4%BA%9B&spm=1018.2226.3001.4187

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mrs,msr指令

msr把其他寄存器或立即数的值传递给cpsr寄存器;使用如：msr cpsr,r1

mrs能够将cpsr寄存器的状态保存到其他寄存器；使用如： mrs r1,spsr

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swap 寄存器和存储器器之间交换(原子操作，不能由gcc编译器产生，只能由汇编器(as))

使用方式如：swap[条件] r1,[r2] 代表将r1中的值，和r2值代表的存储器地址空间中的值做交换，[条件]，可以省略，或者参照前面的条件表

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异常的优先级

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ARM处理数据机器码的格式

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软件中断(SWI)

会产生一个异常陷阱，转跳到SWI硬件向量

SWI处理程序可以检测SWI号，从而决定采取何种操作

通过SWI机制，运行在用户模式下的应用程序，可以请求操作系统执行一系列特权操作。

SWI<条件> 数字

下面是一一个实例：创建一个异常中断向量表，同时指定一些SWI ，虽然部分异常功能并没有补全

.text
	ldr pc,_main		   @0x00	Rest
	ldr pc,_undef_oder	   @0x04	Undefine Instruction
	ldr pc,_swi_handler    @0x08	Supervisor call(svc)
	ldr pc,_pref_abort	   @0x0c	Prefetch Abort
	ldr pc,_data_abort	   @0x10	Data Abort
	NOP					   @0x14	Not used
	ldr pc,_irq			   @0x18	IRQ(interrupt)
	ldr pc,_fiq			   @0x1c	FIQ(fast interrupt)
_fiq:
_main:
 	.word main		@//定义一个标签main，放在_main:标签下，并且main这个标签占4个字节 ,即_main对应代表4个字节的一个标签
_undef_oder:
_swi_handler:
	.word swi_handler
_pref_abort:
_data_abort:
_irq:

swi_handler:
	stmfd sp!,{r0-r12,lr}  @//保护现场，入栈
	sub r0,lr,#4		   @ r0=lr-4  //得到swi指令的地址 
	ldr r0,[r0]			   @ r0=*(r0) //得到swi指令地址中保存的机器码
	bic r0,#0xFF000000	   @ //将高8位置零，就会得到低24位的数据，也就是中断号

	cmp r0,#0			   @//判断终端号是否为0
	bleq write			   @//终端号为0，则实现open函数功能

	cmp r0,#1  			   @//判断中断号是否为1
	bleq read			   @//中断号为1，实现read函数功能；在执行地址转跳的时候lr寄存器会自自动赋值为pc+0x4即lr=pc+0x4

	ldmfd sp!,{r0-r12,pc}^ @//恢复现场，出栈

write:
	mov r0,#0x9			   @//r0=0x9
	mov r1,#0x20		   @//r1=0x20
	str r0,[r1]			   @//*(0x20)=0x9		将0x=9写入内存地址
	mov pc,lr			   @//返回之前的位置并偏移0x4; 

read:
	mov r1,#0x20		   @//r1=0x20
	ldr r0,[r1]			   @r0=*(0x20)		从内存地址获取数据到r0
	mov pc,lr		 	   @//返回之前的位置并偏移0x4；

main:

	mov r0,#0x6				@r0=0x6
	mov r1,#0x8				@r1=0x8

	ldr sp,=stack_base		@//指定栈指针指向栈底部，也就是sp寄存器保存栈地地址	,注意这一步需要在切换到User模式之前
	msr cpsr,#0xD0			@//从管理模式切换到User模式

	swi 0					@//触发软件中断，且中断号为0

	NOP						@//空指令
	swi 1					@//触发软件中断,且中断号为0
	NOP
	
.data
buf:						@//切换到数据段
	.space 100				@//开辟100字节空间
stack_base:					@//栈底位置

.end  

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在产生异常的时候spsr会自动保存当前cpsr中的值，当异常结束再将spsr中的值自动赋值给cpsr

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中断处理

ARM有两级外部中断FIQ，IRQ，但是大多数基于ARM的系统有超过2个中断源，因此需要一个中断控制器，(通常是地址映射的)来控制中断是怎么传递给ARM的；在许多系统中，一些中断的优先级比其他中断的优先级高，他们要抢先任何正在处理的优先级中断(也就是说中断可以被打断)；

FIQ的什么特点使得它处理得比IRQ更快？

注意：(1)在之前的章节已经讲过FIQ模式有5个额外的私有寄存器(r8-r12);
(2)在处理中断的时候应该先保护现场，即保护非私有的寄存器；

如何禁止中断？

cpsr 寄存器中I=1,F=1即可

复位

为什么异常只能在arm状态下返回

因为ARM状态完整的体系结构，可以执行异常；其他如Thumb状态不是完整的体系结构，只支持通用功能;

杂项伪操作

.align的使用

.对齐伪指令ALIGN
对齐伪指令格局：

ALIGN Num

其间：Num有必要是2的幂，如：2、4、8和16等。

伪指令的作用是：告知汇编程序，本伪指令下面的内存变量有必要从下一个能被Num整除的地址开端分配。

假如下一个地址正好能被Num整除，那么，该伪指令不起作用，不然，汇编程序将空出若干个字节，直到下一个地址能被Num整除停止。

.global _start
_start:
.text
mov r0,#1			
mov r1,#2
mov r2,#3
mov r3,#4
b main
buf:
	.byte 0x88	@在这个位置占用一个字节的空间，这个空间中保存的数据是0x88
.align(4)		@假如没有这一句，main处地址是0x11,明显不是4的倍数，无法执行后续命令，会直接报错；如果加了.aglign(4)表示会自动补充对齐，即让main处地址为0x14;
main:
 	mov r1,#3
	mov r1,#3
.end
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.org的使用

.global _start
_start:
.org 0x14,0x11	@指定从当前地址加偏移地址0x14开始存放代码，并且当前地址到当前地址加偏移地址0x12之间内存单元即，每个字节用0x11填充
.text
mov r0,#1
mov r1,#2
mov r2,#3
mov r3,#4
b main
buf:
	.byte 0x88
.align(4)
main:
 	mov r1,#3
	mov r1,#3
.end
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之前的map.lds内容：要使用_start就清除这个即可

OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm", "elf32-littlearm", "elf32-littlearm")
/*OUTPUT_FORMAT("elf32-arm", "elf32-arm", "elf32-arm")*/
OUTPUT_ARCH(arm)
ENTRY(_start)
SECTIONS
{
	. = 0;
	. = ALIGN(4);
	.text      :
	{
		./arm.o(.text)
		*(.text)
	}
	. = ALIGN(4);
    .rodata : 
	{ *(.rodata) }
    . = ALIGN(4);
    .data : 
	{ *(.data) }
    . = ALIGN(4);
    .bss :
     { *(.bss) }
}
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如果要使用下面的代码需要将mpa.lds的内容清空即可

.global _start
_start:
.text
	mov r0,#0
	mov r1,#1
	mov r2,#2
.end
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切换到Thumb模式

global _start
start:
.text
mov r0,#0x1
ldr r2,=thumb	   @伪指令r2=thumb
add r1,r0,r2
bx r1
thumb:
.Thumb				@等效于.code 16
mov r0,#1
mov r1,#2
mov r2,#3
.end
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或者

global _start
start:
.text
mov r0,#0x1
ldr r2,_thumb		@不是伪指令，r2=*(_thumb)
add r1,r0,r2
bx r1
_thumb:
	.word thumb
thumb:
.Thumb		@等效于.code 16
mov r0,#1
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mov r2,#3
.end
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杂项伪操作

.include

.include “filename” 这和c语言#include"xxx"类似，在filename中可以定义一些汇编常量

.equ

.equ a,10 等价于C语言中的#define a 10

.marco .endm

在C语言中我们对于宏的操作都不会陌生 好处呢这里也就不多讲了
提一点：有些函数 实体部分其实只有一行 这里可以进行宏代替 这样就可以减少函数的损耗
函数的消耗对比于普通的宏来讲 主要在于进入函数的压栈 跳转 出函数的出栈 跳转
宏没有这个过程 就等于较少了消耗

这里的arm汇编中给出 arm汇编和gnu arm 汇编 对于宏的操作

arm汇编  

    MACRO                                                                   ；宏开始
$label HH $base，$ap，$d，$c，$b                                ；必须顶格写   声明宏名：HH   后面是他的四个参数

$label                                                                          ；宏的标签

    DCD (\base << 20) | (\ap << 10) | \                     ；宏的实体
           (\d << 5) | (1<<4) | (\c << 3) | (\b << 2) | (1<<1)
    MEND                                                                       ；宏结束的标志


gnu  arm汇编的宏

.macro HH base,ap,d,c,b                                          ；宏开始   宏名   参数
    .word (\base << 20) | (\ap << 10) | \                      ；宏实体部分
          (\d << 5) | (1<<4) | (\c << 3) | (\b << 2) | (1<<1)
.endm                                                                              ；宏结束
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值得一提的是C中#undef 可以取消宏

如#define M 2

#undef M 那么M的宏定义就被取消了，而汇编中没有这个功能

控制伪操作.if ,.else,.endif 这里的if,else用法和C差不多，而endif即是结束标志