ARM指令格式

迷人的狗哒

于 2024-03-27 13:53:39 发布

阅读量1.7k

点赞数 31

文章标签： arm开发

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/cc486gank/article/details/137023715

版权

一.指令格式

<opcode> {<cond>) (S) <Rd> ,<Rn>,<shift_operand> 其中<> 号内是必须的，{}号内的项时可选的

opcode - 指令助记符

ADD 表示加法运算
操作码。比如加法、减法、乘法、除法等

cond 根据条件是否执行指令条件码

原理：

ARM系统中提供了一个专门的寄存器 (程序状态寄存器) cpsr
记录当前CPU的运行状态，他的最高的四位会有一个相应的记录
条件码会去查询cpsr寄存器的最高四位是否满足条件

常用条件：

NE -- 不相等
EQ -- 相等
GT -- 大于
LT -- 小于
GE -- 大于或者等于
LE -- 小于或者等于

S：表示指令执行的结果，决定是否影响 CPSR寄存器的N/Z/C/V值

CPSR (Current Program Status Register)特殊的寄存器，用于存储当前的程序状态信息

N(Negative)标志位: 这个位用于表示上一条指令的结果是否为负数。当结果为负数时，N 置为 1，否则为 0.
Z (Zero) 标志位: 这个位用于表示上一条指令的结果是否为零。当结果为零时，Z 置为 1，否
则为 0。
C(Carry) 标志位: 这个位用于表示无符号算术运算的进位情况。当运算结果需要进位时，C 置为 1，否则为 0。C 位也用于支持高精度计算。
V (Overflow) 标志位: 这个位用于表示有符号算术运算的溢出情况。当运算结果溢出时，V 置为 1，否则为 0。V 位也用于支持高精度计算。

Rd 目标寄存器

主要用于存放计算的结果需要放到哪里去
存放指令执行的结果RO~R15

Rn

第1个操作数
必须是一个寄存器
可省略

shift_operand -- 第2个操作数

立即数

一个常数，该常数必须对应8位位图
即一个8位的常数通过循环右移偶数位得到该数，该数为合法立即数
表示方法 #100

寄存器：mov r2, r1

寄存器移位(移位指令)

将寄存器值读取之后，进行移位运算后，作为操作数2
LSL: 逻辑左移 -(logic shifter left) 最低位补零
LSR: 逻辑右移 --无符号数据补零无符号
ASR:算术右移

有符号数据左移还是补零，用逻辑左移代替
正数: 向右移动，低位丢弃，高位补0
负数:向右移动，最高位表示符号位，低位丢掉，高位补1 有符号

举例

r0 ,lsr #4 表示r0 >> 4
r0 ,lsr r1 表示 r0 >> r1
#3 ,lsl #4 (错误) ，只能是寄存器移位

二.数据传送指令

mov

功能：将操作数2的值赋值给目标寄存器

语法：MOV{<cond>}{S} <Rd>，<shifter_operand> Rd = shifter operand

shifter_operand —— 可以为立即数、寄存器，并且支持移位操作
立即数 —— 一般表示整数常量
MOV 目标寄存器操作数2

MVN

对内存中存储的值进行按位取反(~)

格式 -- MVN 目标寄存器，操作数2
功能 -- 将操作数2取反的值给目标寄存器

LDR

功能：将任意数据加载到目标寄存器中

为什么不用MOV存放到寄存器中?

MOV能存放的只有合法立即数
LDR可以直接将任意数据加载到寄存器中

指令格式：IDR{<cond>] <Rd>， <addressing mode>

addressing mode :地址寻址模式
LDR 目标寄存器，= 数据
数据前面不能加#号
注意 - =表示把原始数据给目标寄存器

通过寄存器获得要访问的内存地址，在进行操作，般只涉及一个数据的操作
示例：

三.合法立即数

概念：在ARM 指今中可以使用的立即数必须是合法，否则导致ARM指令执行异常

原因：

ARM 指令长度有限,不能都用于表示立即数,所以不能表示所有的立即数,最终会导致部分立即数不能表示。
mov 指令中能够表示立即数的只有 12位，12 位中[7:0] 为数据位,[11:8] 为移位的次数

合法立即数规则：所有的立即数必须要通过一个8位立即数通过偶数位获得，否则为不合法

判断立即数是否合法方法：

将对应的数转换为32 位16进制数：218 0xDA = 0x000000DA

1.除零外,仅有一位数为合法立即数

0x00010000
0x00f0000
0x020000
0x11
0x000011000
0x000220000
0x03300000

2.除零外，仅有二位数，并且相邻 (包括首尾如0x1000000A) 的为合法立即数
3.除零外，仅有三位数，并且相邻
包括中间有0相间，例如0x10800000,包括首尾相部，如: 0x14000003
这三位数中，最高位取值仅能为1、2、3，最低位取值仅能为4、8、C中间位0x0~0xF

a) 0x00AB0000
b) 0X0000FFEE
e) 0x0000180
c) 0xF000000
d) 0x08000012
e) 0x0000180
F) OXFFFFFFFF

ace为合法立即数,bdf超过4位不是合法立即数,0-255一定是立即数

0xFFFFFFFF 是有效数,原数是立即数或者原数反码是立即数叫做有效数

四.数据计算指令

ADD：加法指令

语法格式：

ADD{<cond>{S]<Rd>，<Rn>，<shifter_operand>
ADD 目标寄存器，操作数1 ，操作数2

SUB：减法指令

将操作数1减去操作数2的结果给目标寄存器

语法格式：

SUB{<cond>]{s] <Rd><Rn>，<shifter_operand>
SUB 目标寄存器，操作数1，操作数2

MUL：乘法指令

将操作数1乘以操作数2的结果存放在目标寄存器

语法格式：

MUL{<cond>]{S]<Rd><Rm><Rs>
MUL 目标寄存器，操作数1，操作数2
操作数1和操作数2必须都是寄存器，并且操作数1的寄存器编号不能和目标寄存器一样

五.比较指令

语法格式：

CMP{<cond>} <Rn>，<shifter_operand>
CMP 寄存器，操作数2

cmp 会影响 cpsr，也会影响带条件执行的指令的结果

.global _start

_start:
	mov r0,#1 @立即数赋值
	mov r1,r0  @寄存器赋值
	mvn r2,r1 @取反赋值
	ldr r3,=0x12345678

	mov r1,#1
	mov r2,#2
	ldr r3,=0x12345
	add r4,r1,r2,lsl #3
	add r0,r4,r3

	mov r0,#15
	mov r1,#2
	mov r2,#3
	mov r3,#8
	mul r1,r2,r1
	sub r0,r0,r1
	add r0,r0,r3

	mov r0,#10
	mov r1,#20
	mov r2,#30
	mov r3,#1
	@cmp r0,r1
	@addgt r1,r1,#1
	@cmp r0,r2
	@addle r2,r2,#1
	
	cmp r0,r1
	movlt r3,r1
	movlt r1,r0
	movlt r0,r3
	
	cmp r0,r2
	movlt r3,r2
	movlt r2,r0
	movlt r0,r3
	
	cmp r1,r2
	movlt r3,r2
	movlt r2,r1
	movlt r1,r3

stop:
   b stop

六.跳转指令

1.B

语法格式：B{L} {<cond>} <target_address>

跳转到指定目标地址：
目标地址可以使用标号进行表示

跳转到标签，标签就是目标地址

2.BL

格式：BL 标签
功能：跳到一个指定的标签，BL跳转之前，会将跳转前的PC的值保存到 LR 寄存器中

注意：

b/bl指令24位立即数用于表示跳转目标地址,24位能够表示的范围为+/-8M在进行左移动2位相当于 +/-32M
b/bl跳转指令的范围为 +/-32M
将指令中的24位带符号的补码立即数扩展为30位 (扩展其符号位);
将此30位数左移两位将得到的值加到PC寄存器中，即得到跳转的目标地址。由这种
计算方法可知，跳转的范围大致为-32M~+32M

如果想回到BL指令后面的语句继续执行，该如何?

为什么不能用B指令，因为lr没有变化会直接跳转到第一行这时候可以考虑使用标签来完成

用汇编实现1+....+100

七.位运算

AND：按位与

语法格式
AND{<cond>}{S} <Rd>，<RD> <shifter operand>

AND RO，R1，#2
AND r0，r1，r2
AND RO，R1，R2,LSL #3

0x12345678,将它的高16位存放在r0中，它的低16位存放r1中,然后将它的高16位和低16位相加

ORR：按位或

将操作数1按位或操作数2的结果存放在目标寄存器

语法格式：

ORR{<cond>}{s} <Rd>，<Rn>,<shifter operand>
ORR 目标寄存器，操作数1，操作数2

ORR r0, r1，r2
ORR R0，R1，#2
ORR R0，R1，R2，LSL #3

EOR：按位异或

将操作数1按位异或操作数2的结果存放在目标寄存器

语法格式：

EOR{<cond>}{s} <Rd>,<Rn> <shifter_operand>

Rd = Rn ^ shifter operand
EOR r0，r1，r2
EOR RO，R1，#2
EOR RO，R1，R2，LSL #3

BIC：位清除

功能：

位清除
将操作数1按位与操作数2取反的结果存放在目标寄存器
目标寄存器 = 操作数1&~操作数2

语法格式：

BIC{<cond>}{S} <Rd>,<Rn> ,<shifter operand>
Rd = Rn ~shifter operand
BIC 目标寄存器，操作数1，操作数2

技巧：

如果想让某一位清零，让该数据移位后取反再或，想让某一位置1，可以先清零再与

有一个数据32bit的data,将它的[18:9]清0，将它的[10:4]变成1010011,其他位不变

data = data & ~(0x3ff << 9)
data = data & ~(0x7f << 4)
data = data (0x53 << 4)

九.内存访问指令

单内存操作

LDR：加载 (Load Register)

功能：

将内存中的值加载到寄存器中
读内存
C语言中专门存储地址的变量 - 指针变量

LDR r0,[r1] ------将r1寄存器中的值作为地址取出里面的值读到r0中（r0 =*r1）

地址寻址模式

寄存器间接寻址

通过寄存器获得要访问的内存地址，在进行操作,般只涉及一个数据的操作。
中括号[ ]内的寄存器表示该寄存器当中存了一个地址

LDR Rd, [Rn, #offset]

Rd是目标寄存器，用于存储加载的值
Rn是基址寄存器，用于指定内存地址的基址
#offset是一个立即数偏移量，用于指定相对于基址的偏移地址

STR：存储 (Store Register)

功能：

将寄存器中的值存储到内存中 ---------与dr 的用法类似
写内存

STR r0,[r1] -------将r0寄存器中的值写到r1存放的地址中 (*r1 = r0)

STR Rd, [Rn, #offset]

Rd是源寄存器，存储需要存储的值
Rn是基址寄存器，用于指定内存地址的基址
#offset是一个立即数偏移量，用于指定相对于基址的偏移地址

将0x1234写到0x4000,0000将0xabcd写到0x4000,0004,然后从这两个地址读取数据做累加，最终结果存放在r0

基值寻址模式

设定一个基础地址,后续在寻址基于这个地址进行偏移
将基地址寄存器加上指今中给出的偏移量，得到数据存放得地址

1.前索引 ------先偏移，再取值

STR r0,[r1,#4]  -------  *(r1 + 4) = r0

LDR r0,[r1,#4]  -------   r0 = *(r1 + 4)

2.后索引 --------先取值,再偏移

STR r0,[r1],#4        *rl = r0
                       rl = r1 + 4

LDR r0,[r1],#4         r0 =*r1
                       r1 = r1 +4

这种方式会自动更新基地址

3.自动索引 ----------先偏移,再取值,并更新基地址

STR r0,[r1,#4]!        *(r1 + 4)= r0
                         rl = r1 + 4

LDR r0,[r1,#4]!          r0 =*(r1 + 4)
                         r1 = r1 + 4

两种模式都需要将内存地址保存到寄存器中,需要使用 ldr 伪指令用法

ldr <Rd>,=immed address_32
ldr r0,=0x40000000

练习：将1-10数据存放在基地址为0x40000000,将0x40000000起始地址的值拷贝到0x40000100

	mov r0,#0x40000000   //基地址
	mov r1,#1            //r1从1开始
	mov r2,#10           //到10结束 后续需要与r2比较
	bl data_add          //标志位
	
	mov r0,#0x40000000   //基地址
	ldr r1,=0x40000100   //更新后的基地址
	mov r2,#10           //从10开始递减
	bl data_copy         //标志位
	
data_add:
	str r1,[r0],#4       //将r1的值写入r0中，偏移4位
	add r1,r1,#1         //r1自加1
	cmp r1,r2            //r1与r2比较
	blt data_add         //如果r1小于r2继续
	
	mov pc,lr             //利用pc跳转到第一次跳转的下一行语句，也就是第二段第一句
data_copy:
	ldr r3,[r0],#4        //先将r0中的读出来给r3，再偏移4位
	str r3,[r1],#4        //然后将r3中的数据放到r1中也就是0x40000100
	sub r2,r2,#1          //r2自减
	cmp r2,#0             //r2与0比较
	bgt data_copy         //r2大于0则继续循环

多寄存器操作

LDM

功能：将一块内存数据，加载到多个奇存器中 ------读

指令格式：LDM{条件}{s} 基址寄存器{!},{Reglist}^

STM

功能：将多个寄存器的值，存储到一段内存中 -------写
指令格式：STM{条件}{s} 基址寄存器{!},{Reglist}^

MODE(地址模式)

IA (Increment After) 先操作寄存器(值)，后增加地址

IB (Increment Before) 先增加地址，后操作寄存器(值)

DA (Decrement After) 先操作寄存器，后减少地址

DB (Decrement Before) 先减少地址，后操作寄存器

在操作地址时，必须遵循大地址对应大寄存器编号，小地址对应小寄存器编号

地址操作模式：

基址寄存器：用来存放内存的起始地址

！：最后更新基址寄存器的值

Reglist

多个寄存器，从小到大，中间用"," 隔开{r0,r2,r3}或{r0,r7,r10}
寄存器号大的对应内存的高地址，寄存器号小的对应内存的低地址

在0x40000000地址依次将r1=10,r2=20,r3= 30,r5=50存入，然后r1到r5清零，在从内存读到 r1到r5,得到原始数值

    mov r0,#0x40000000
	mov r1,#20
	mov r2,#30
	mov r3,#40
	mov r5,#50
	
	stmia r0!, {r1-r3,r5}
	
	mov r1,#0
	mov r2,#0
	mov r3,#0
	mov r5,#0
	
	ldmdb r0!, {r1-r3,r5}

注意：^ 它存在，如果Reglist没有pc的时候，这个时候操作的寄存器是用户模式下的寄存器在LDM指令中，有PC的时候，在数据传送的时候，会将SPSR的值拷贝到CPSR，用于异常的返回

十.栈操作指令

出栈 LDMFD

ldm sp!,{registers（寄存器列表）}

进栈 STMFD

stm sp!,{registers（寄存器列表）}

注意

在对栈操作之前，必须先设置sp的值
进栈和出栈的方式一样，ATPCS标准规定满减栈 ATPCS是arm公司针对arm平台编译器的规范

栈操作模式

ARM 提供了专门用于操作 sp(r13) 的指令,用法与 stm/ldm 地址模式保持一致,在 arm 编程规范中，默认使用的是满递减模式

满栈递增

入栈是向高地址的方式移动，然后在存入数据
出栈是先拿出数据，然后向低地址方向移动。

满栈递减

入栈是向低地址的方式移动，然后在存入数据。
出栈是先拿出数据，然后向高地址方向移动

空栈递增

入栈先存放数据，然后向高地址方向递增
出栈是先向低地址方向移动，然后在拿出数据

空栈递减

入栈先存放数据，然后向低地址方向递增
出栈是先向高地址方向移动，然后在拿出数据

四种栈模式

满递增，满递减，空递增，空递减

FA、 FD、 EA 、 ED、

不是数据结构的栈默认满递减（full decrease）。满足ATPCS，大地址往小地址走

sp设为0x40000000可以吗？

默认满递减，不能设置0x40000000为开始地址
应当设置0x40001fff为起始地址
但由于0x40001fff 末尾f是15 这不是一个4字节对齐的地址，所以应当设置为0x40001ff0

练习：将r1 #10, r2 #20进栈和出栈

    ldr sp,=0x40001ff0
	mov r0,#10
	mov r1,#20
	
	stmfd sp!, {r0,r1}
	mov r2,#0
	mov r3,#0
	ldmfd sp!, {r2,r3}

十一.CPSR/SPSR操作指令

读操作 MRS Rn,CPSR/SPSR

将状态寄存器的值，读到通用寄存器

什么时候用

Ⅰ.当需要改变程序状态寄存器的内容时，可用MRS将程序状态寄存器的内容读入通用寄存器，修改后再写回程序状态寄存器。
Ⅱ.当在异常处理或进程切换时，需要保存程序状态寄存器的值，可先用该指令读出程序状态寄存器的值，然后保存。

指令示例

MRS R0，CPSR ；传送CPSR的内容到R0
MRS R0，SPSR ；传送 SPSR的内容到R0

写操作 MSR CPSR/SPSR, Rn

将通用寄存器的值，写到状态寄存器

指令示例

MSR CPSR，R0；传送R0的内容到CPSR
MSR SPSR，R0 ；传送R0的内容到SPSR
MSR CPSR_c，R0；传送R0的内容到SPSR，但仅仅修改CPSR中的控制位域，低8位

写一段代码，将CPSR的第I(7)位清0，其他位不变(效果：使能IRQ异常)

将CPSR的第I(7)位置1.,其他位不变(效果：禁用IRQ异常)

    mrs r0,cpsr              //将cpsr放到寄存器中
	mov r1,#1                
	bic r0,r0,r1,lsl #7      //r1左移7位 取反 之后 与r0
	msr cpsr,r0              //将r0里面的值放入cpsr中
	
	mrs r0,cpsr
	mov r2,#1
	@bic r0,r2,lsl #7        //第七位清零
	orr r0,r0,r2, lsl #7     //第七位置1
	msr cpsr,r0