ARM架构基础概念-优快云博客

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ARM架构基础概念

ARM（Advanced RISC Machines）是一种精简指令集计算机（RISC）架构，广泛应用于移动设备、嵌入式系统和物联网设备。其核心特点包括低功耗、高性能和模块化设计。
学习总结：
1、ARMv8 是 ARM 公司发布的第一代支持 64 位处理器的指令集和体系结构
2、A64 指令集的指令宽度是 32 位，而不是 64 位。A64 指令集和 A32 指令集是不兼容的

ARMv8 支持如下几种数据宽度
字节（ byte）： 8 位。
半字（ halfword）： 16 位。
字（ word）： 32 位。
双字（ doubleword）： 64 位。
四字（ quadword）： 128 位。
指令集类型：
- ARM32（AArch32）：32位指令集，如ARMv7架构。
- ARM64（AArch64）：64位指令集，如ARMv8及更高版本。
工作模式（ARM32）：
- 用户模式（User）、快速中断模式（FIQ）、外部中断模式（IRQ）等。
- 特权模式（如Supervisor）用于操作系统内核。

ARM寄存器组

通用寄存器（ARM32）

R0-R12：通用寄存器，用于数据操作。
R13（SP）：栈指针，指向当前栈顶。
R14（LR）：链接寄存器，保存函数返回地址。
R15（PC）：程序计数器，指向下一条指令地址。

特殊寄存器

CPSR（Current Program Status Register）：存储状态标志（如N、Z、C、V）和当前模式。
SPSR（Saved Program Status Register）：在异常模式下保存CPSR。

ARM指令集示例

数据处理指令

MOV R0, #10      ; R0 = 10  
ADD R1, R0, R2   ; R1 = R0 + R2  
CMP R1, R2       ; 比较R1和R2，更新CPSR标志位

分支指令

B   label        ; 无条件跳转到label  
BL  func         ; 调用函数func，LR保存返回地址  
BX  LR           ; 返回到LR指定的地址

内存访问指令

LDR R0, [R1]     ; 从R1指向的地址加载数据到R0  
STR R2, [R3]     ; 将R2的值存储到R3指向的地址

ARM汇编编程实践

简单函数调用

.global main  
main:  
    MOV R0, #5       ; 参数1  
    MOV R1, #3       ; 参数2  
    BL  add_func     ; 调用add_func  
    B   exit  

add_func:  
    ADD R0, R0, R1   ; R0 = R0 + R1  
    BX  LR           ; 返回  

exit:  
    MOV R7, #1       ; 退出系统调用号  
    SWI 0            ; 触发软中断

栈操作示例

PUSH {R0, R1}    ; 将R0、R1压栈  
POP  {R2, R3}    ; 弹出栈顶数据到R2、R3

调试与工具

GDB调试：

arm-none-eabi-gdb program.elf  
target remote :1234  ; 连接QEMU或硬件调试器

交叉编译工具链：
- arm-none-eabi-gcc：ARM嵌入式开发编译器。
- objdump：反汇编工具，用于分析二进制文件。

常见应用场景

嵌入式开发：STM32、Raspberry Pi等硬件平台。
移动设备：Android/iOS设备的底层优化。
操作系统内核：Linux内核的ARM移植与驱动开发。

通过理解寄存器、指令集和调试工具，可以逐步掌握ARM架构的开发与优化技巧。