ARM汇编学习二

我们来学习内存指令：加载和存储
ARM使用载入-存储模型来访问内存，意味着只有加载/存储（LDR和STR）指令才可以访问内存。在X86中，大多数指令允许直接操作内存中的数据，而在ARM中，在操作数据之前，必须把数据从内存移动到寄存器中。这意味着在ARM下，若要 增加特定内存地址里的32位的数值，将需要用到三种类型的指令（载入、增加和存储）：首先将特定地址里的数值加载到寄存器中，然后在寄存器中增加它，最后将数据从寄存器返存回内存里
为了解释ARM的加载和存储操作的基本原理，我们接下来会使用几个示例，然后通过gdb调试进一步理解。

敲黑板，这一部分非常重要！！！

先来看LDR,STR。
通常，LDR用于将内存数据加载到寄存器中，STR用于从寄存器的值存储到内存地址对应的内存中。如下图所示

格式如下：
LDR R2, [R0] @ [R0] - 原始地址是R0里的数值
STR R2, [R1] @[R1] - 目标地址是R1里的数值
LDR操作：将在R0中找到的地址的值加载到目标寄存器R2。
STR操作：将R2中找到的值存储在R1中找到的内存地址中。

我们先来看第一种偏移形式：立即数用作偏移。这里我们使用一个立即数（整数）作为偏移量。这个值通过与基址寄存器（下面的例子中的R1）相加或相减来访问数据。
示例代码如下，在test2.s中
在其中已经写好注释了

中文注释为：
_start:
ldr r0, adr_var1
将变量var1的内存地址通过标签adr_var1载入R0
ldr r1, adr_var2
将变量var2的内存地址通过标签adr_var2载入R1
ldr r2, [r0] @
将r0里的值作为地址取出里面的值（0x03）存入寄存器R2
str r2, [r1, #2]
寻址模式：偏移模式。将存储在R2里的值（0x03）存放在以r1+2为地址指向的内存空间中。基址寄存器（R1）的值不变
str r2, [r1, #4]!
寻址模式：先索引模式。将存储在R2里的值（0x03）存放在以r1+4为地址指向的内存空间中，然后基址寄存器（R1）被修改为R1=R1+4
ldr r3, [r1], #4
寻址模式：后索引模式。将存储在R1里的值作为内存地址取出里面的值存放在以r3中（而非R3+4），然后基址寄存器（R1）被修改为R1=R1+4
bkpt
中断，暂停程序

主要看_start就行了
我们使用 adr_var1和 adr_var2来存储var1变量和var2变量（在顶部的数据段中定义的）的内存地址。第一个LDR指令将var1的地址加载到寄存器R0中。第二个LDR指令对var2做了同样的事并将其加载到R1。然后，将存储在R0中的内存地址加载到R2里，并将R2中找到的值存储在R1中找到的内存地址中
同样编译好test2

载入gdb调试，在_start下断点

然后run。
前三条都是ldr指令，用于给r0,r1,r2寄存器赋值，我们不关心这个过程，使用nexti 3直接跳到str r2,[r1，#2]前

可以看到此时r2已经被复制为0x3了，下一步要执行的指令为str r2,[r1,#2]
按照注释的说法，它会将r2（0x3）存储到值为(r1(0x2009c)+2))所指向的内存空间中。
意思即0x2009e指向的内存空间的内容为0x3，我们使用nexti执行这条指令，然后使用下面命令查看，果然和我们计算的相符合

下一步指令为

这是先索引寻址模式，这个模式下基址寄存器将被最终的内存地址更新，这个例子中基址寄存器为r1。执行后，会将r2的值（0x3）存储到（r1(0x2009c)+4）即0x200a0所指向的内存空间中，同时将r1更新为0x200a0
同样使用nexti执行
然后使用下面的命令验证

接下来要执行的指令是

这条指令使用的后索引寻址模式。指令执行之后，取出r1(0x200a0)地址的内容，赋给r3，然后r1（0x200a0）+4=0x200a4会更新r1
使用nexti执行这条指令，然后使用下面的命令验证

。

接下来我们看看第二种偏移形式：寄存器的值用作偏移。代码如下，写在test3.s中

关键指令的中文注释如下：
ldr r0, adr_var1
透过adr_var1标签，将var1变量的内存地址加载进R0
ldr r1, adr_var2
透过adr_var2标签，将var2变量的内存地址加载进R1
ldr r2, [r0]
将R0里的值作为内存地址，把地址里的数值（0x03）载入r2
str r2, [r1, r2]
寻址模式：偏移寻址。将R2里的值存入：R1+R2（0x03，偏移）的结果所指向的内存空间中。基址寄存器不更新。
str r2, [r1, r2]!
寻址模式：先索引模式。将R2的值（0x03）存入：R1+R2（0x03，用作偏移）得出的结果所指向的内存空间中。基址寄存器R1更新为R1 = R1+R2。
ldr r3, [r1], r2
寻址模式：后索引模式。将R2的值作为地址取出里面的值，并将其存入寄存器R3。基址寄存器R1更新为R1=R1+R2。
编译

同样使用gdb调试，在_start下断点，跳过前三条ldr指令，然后看看此时的情况

此时r1为0x2009c,r2为0x3，下一条要执行的指令为str r2,[r1,r2]
这是偏移寻址模式，执行之后，r2的值（0x3）会被存储在0x2009c+0x3=0x2009f指向的内存空间中
我们使用nexti执行后使用下面的命令查看

符合我们的计算，同时看到下一条要执行的指令
这是先索引模式。与上一条指令相比，这条指令执行后会用0x2009c+0x3=0x2009f的值更新r1
我们使用nexti执行后使用下面的命令查看

符合我们的计算，同时看到了下一条要执行的指令
这是后索引寻址模式。执行后会将r1(0x2009f)地址中的值取出来赋给r3,然后更新r1为0x2009f+0x3=0x200a2
我们使用nexti执行后使用下面的命令查看

接下来我们学习第三种偏移形式：移位寄存器作为偏移。
格式为
LDR Ra, [Rb, Rc, ]
STR Ra, [Rb, Rc, ]
Rb是基寄存器，Rc里面是立即数偏移量（或是寄存器里的一个立即数），用于左/右移位（<移位寄存器>）。这意味着移位寄存器被用来存放移位的偏移量

代码如下，写在test4.s

关键指令中文注释如下
_start:
ldr r0, adr_var1
透过adr_var1标签，将var1变量的内存地址加载进R0
ldr r1, adr_var2
透过adr_var2标签，将var2变量的内存地址加载进R1
ldr r2, [r0]
将R0里的值作为内存地址，把里面的值（0x03）载入r2
str r2, [r1, r2, LSL#2]
寻址模式：偏移寻址。将R2里的值（0x03）存入：R1的值+偏移量（R2左移2位后的值）的结果所指向的内存空间中。基址寄存器（R1）不更新。
str r2, [r1, r2, LSL#2]!
寻址模式：先索引寻址。将R2里的值（0x03）存入：R1的值+偏移量（R2左移2位后的值）的结果所指向的内存空间中。基址寄存器（R1）更新为R1 = R1 + R2<<2。
ldr r3, [r1], r2, LSL#2
寻址模式：后索引寻址。将R1的值作为地址取出里面的值，并将其存入寄存器R3。基址寄存器R1更新为R1=R1+R2<<2。
bkpt
编译后载入gdb，在_start下断点，run，nexti 3后查看情况

这条指令使用偏移寻址模式，将在r2中找到的值(0x3)存储在x中，x的计算方式为：
1.r2:x00000003（十六进制）=0000 0011(二进制)
2.0000 0011 左移两位得到 0000 1100
3.0000 1100（二进制） = 0xc(十六进制)
4.然后r1(0x2009c)作为基址，加上0xc(作为偏移)得到0x00200a8
使用nexti执行，使用下面命令验证

下一条要执行的指令为先索引地址模式。执行后会更新基址寄存器r1。它会首先给r1(0x2009c)向左偏移两位得到0x200a8,把r2（0x3）赋给0x200a8,同时用0x200a8更新r1
使用nexti执行后使用下列命令查看

符合我们的计算，下一个指令是后索引寻址模式。会将r1(0x200a8)取出作为地址，取出该地址里的值（0x3）赋给r3，然后使用x更新r1
x的值等于r1(x0200a8)加上r2（0x3）左移两位后得到的(0xc)，即0x200a8+0x3=0x200b4
nexti后使用下面命令验证

确实和我们计算的一样。

参考：
azeria-labs 的arm教程
https://azeria-labs.com