2020年02月22日 | ARM指令集——条件执行、内存操作指令、跳转指令

ARM 汇编指令条件执行

在ARM模式下，任何一条数据处理指令可以选择是否根据操作的结果来更新CPSR寄存器中的ALU状态标志位。在数据处理指令中使用S后缀来实现该功能。 

不要在CMP,CMN,TST或者TEQ指令中使用S后缀。这些比较指令总是会更新标志位。 

在Thumb模式下，所有数据处理指令都更新CPSR中的标志位。有一个例外就是：当一个或更多个高寄存器被用在MOV和ADD指令时，此时MOV和ADD不能更新状态标志. 

几乎所有的ARM指令都可以根据CPSR中的ALU状态标志位来条件执行。参见表2-1条件执行后缀表。 

在ARM模式下，你可以： 

根据数据操作的结果更新CPSR中的ALU状态标志；

执行其他几种操作,但不更新状态标志；

根据当前状态标志，决定是否执行接下来的指令。 

在Thumb模式，大多数操作总是更新状态标志位，并且只能使用条件转移指令(B)来实现条件执行。该指令(B)的后缀和在ARM模式下是一样的。其他指令不能使用条件执行。

ALU状态标志 

CPSR寄存器包含下面的ALU状态标志：

　　N　 Set when the result of the operation was Negative

　　Z Set when the result of the operation was Zero

　　C Set when the operation result in a Carry(发生进位，或借位)

　　V Set when the operation caused oVerflow(操作造成溢出)

　　Q ARM architecture v5E only sticky flag

2.5.2 执行条件

N，Z，C，V相关的条件码后缀如下表所列：

示例1

　　ADD　　r0, r1, r2              ; r0 = r1 + r2, 不更新标志位

　　ADDS　　r0, r1, r2      ; r0 = r1 + r2, 后缀S表示更新标志位

　　ADCSS　　r0, r1, r2      ; If C 标志为1，则执行r0 = r1 + r2, 且更新标志，

　　CMP　　r0, r1            ; CMP指令肯定会更新标志. 

示例2 求最大公约数

gcd

　　CMP r0, r1　　　　

　　BEQ end　　　　; r0 = r0 结束程序

　　BLT less　　　　; r0 < r1 跳转至 less

　　SUB r0, r0, r1　　; r0 > r1时 r0 = r0 - r1

　　B gcd　　; 条件都不满足是继续循环

less

　　SUB r1, r1, r0　　　　; r0 < r1 r1 = r1 - r0

　　B gcd

end

示例3

MAIN

　　mov r1, #1

　　mov r2, #1

　　cmp r1, r2

　　beq FUNC      ;if(eq) b FUNC => 实质：if(z == 1) b FUNC

　　bne FUNC    ;实质：if(z == 0) b FUNC

　　mov r3, #3

　　mov r4, #4

FUNC

　　mov r5, #5

　　mov r6, #6

寻址方式 

基地址变址寻址方式 

种类 格式 模式

1 [Rn, #± 立即数前索引寻址

2 [Rn, ±Rm] 寄存器前索引寻址

3 [Rn, Rm, #] 寄存器位移的前索引寻址

4 [Rn, #±]! 立即数自动索引寻址

5 [Rn, ±Rm]! 寄存器自动索引寻址

6 [Rn, Rm, ]! 寄存器移位的自动索引寻址

7 [Rn], #± 立即数后索引寻址

8 [Rn], ± 寄存器后索引寻址

9 [Rn], ±, # 带移位的寄存器后索引寻址

寄存器前索引寻址

　　mov r0, #0x40000000

　　mov r1, #0xF000000F

　　str r1, [r0, #4]　　;将 r1 中的数据存储到地址为 r0 + 4 的内存空间中

寄存器移位的前索引寻址

　　mov r2, #8

　　str r1, [r0, r2, lsl #1]　　;将 r1 中的数据存储到地址为 r0 + (r2 << 1)的内存空间中

寄存器后索引寻址

　　str r1, [r0], #4　　;将 r1 中的数据存储到地址为 r0 的内存空间中，然后 r0 = r0 + 4

寄存器自动索引寻址　

str r1, [r0, #4]!　　;将 r1 中的数据存储到 r0 + 4 的内存空间中， 然后 r0 = r0 + 4

多寄存器寻址/块拷贝寻址　　LDM STM

对栈进行操作是，使用较多　　比如说 用 IA 自动索引寻址存，就用 DB 自动索引读

Load/Store指令

Load/store是一组内存访问指令，用来在ARM寄存器和内存之间进行数据传送，ARM指令中有3种基本的数据传送指令。

单寄存器 Load/Store 内存访问指令（single register）：这些指令为ARM寄存器和存储器提供了更灵活的单数据项传送方式。数据可以使字节，16位半字或32位字

多寄存器 Load/Store 内存访问指令：可以实现大量数据的同时传送，主要用于进程的进入和退出、保存和恢复工作寄存器以及复制寄存器中的一片（一块）数据

但寄存器交换指令（single register swap）: 实现寄存器数据和内存数据进行交换，而且是在一条指令中完成，执行过程中不会受到中断干扰

单寄存器Load/Store指令

LDR指令：用于从内存中将一个32位的字读取到目标寄存器　　指令格式  LDR{} ,  

;指令举例

　　LDR R1， [R0, #0x12]　　;将R0 + 12地址处的数据读出，保存到R1中（R0保持不变）

　　LDR Rd，[Rn], #0x04    ;立即数后索引寻址，Rn的值用作传输数据的存储地址。在数据传送后，将偏移量 0x04 与Rn相加，记过写回到 Rd中

 STR指令：用于将一个32位的字节数据写入到指令中指定的内存单元　　指令格式  STR{} , 

;LOAD/STORE指令

;向内存写入数据 STR

mov r0, #40000000

mov r1, #ff000000

str r1, [r0]　　;用于将一个32位的字数据写入到指令指定的内存单元(以 r0 值为起始地址的 4byte 内存单元)

strb r1, [r0]　　;将r1 中的 [7:0]存储到 r0 对应的内存空间

strh r1, [r0]　　;将r1 中的 [15:0]存储到 r0 为起始地址的两个字节的内存空间

　　　　　　　　 ;在对数据进行操作时，应根据数据本身的属性（几个字节）进行操作

多寄存器Load/Store指令

LDM指令：实现数据从连续的内存单元中读取到指令指定的寄存器列表中。值得注意的是 LDM指令和STM指令：序号的寄存器对应内存中高地址的数据

指令格式： LDM{} {!},  

STM指令：实现将指令中寄存器列表里的数值写入到一块连续的内存单元之中

指令格式： STM{} {!},  

LDM/STM 的几种寻址方式：

　 格　　式 地址变化格式  

1 IA(Increment After) 后递增方式 先存储后增长

2 IB(Increment Before) 先递增方式 现增长后存储

3 DA(Decrement After) 后递减方式 先存储后递减

4 DB(Decrement Before) 先递减方式 先递减后存储

mov r0, #0x40000000

　　mov r1, #1

　　mov r2, #2

　　mov r3, #3

　　ldm r0, {r1-r3}

　　stm r0, {r1-r3}　　;将 r1 - r3 寄存器（连续寄存器）中的数据存储到 以 r0 位起始地址的内存空间中

　　stm r0, {r3, r1}　  ;将 r1 、 r3 寄存器（不连续寄存器）中的数据存储到 以 r0 位起始地址的内存空间中

　　　　　　　　　　　　;批量操作时，低编号的寄存器数据对应内存中的低地址

　　stm r0!, {r1-r3}　　;寄存器批量存储，也适用自动索引寻址， 操作完成后 　　r0 = r0 + (寄存器个数)*4

跳转指令

B和BL跳转指令

MAIN

　　mov r0, #2

　　mov r1, #3

　　mov lr, pc　　;B 指令不会自动保存 PC；手动保存返回地址、当前PC

　　b lable　　　　;跳转到标号 FUNC （标号的实质是地址）

　　mov r3, r0

FUNC

　　sub r0, r1, r0

　　mov pc，lr　　;返回主程序继续执行

跳转指令是改变指令执行顺序的标准方式 （控制流指令）

B 和 BL 指令都是 相对跳转（短跳转） 指令，通过偏移量跳转， 最大跳转距离是 ±32M

使用 mov pc， <>可以实现 对跳转（长跳转）（不会保存当前 PC 值）

关于B指令和BL指令最大跳转距离是 ±32M：

　　ARM汇编每条指令占用 4byte，生成机器码 B 、BL存放在bits[31:24], bits[23:0]是立即数空间，可以表示 2^24个地址。由于每条汇编指令占用4byte字节（最低两位都为 0），因此可以使用 24位二进制数来表示 26 位的寻址空间。

B指令和BL指令的区别：

B指令在使用时不会对当前 PC 值进行保存，为保证跳转指令执行后能正常返回，要手动对其进行保存

BL （带连接的跳转指令）能够在跳转时对当前 PC 值自动进行保存。 

带状态切换的跳转指令 BX

不会保存跳转前 PC 值 ±32M范围

带状态切换（ARM&Thmub）的跳转指令BX  ，语法格式：BX{} ，使程序跳转到指令中参数 Rm 指定的地址进行执行。并将 Rm 的第 0 位复制到 CPRS 中的 T 位， bit[31: 1]存入PC。

PC也可以作为 Rm 寄存器使用，当PC作为 Rm 使用时，指令 BX PC 便跳转到当前指令下面第 2 条指令出执行（三级流水线：当前正在执行的指令地址为 PC - 8，正在译码的指令为 PC - 4， 正在取指的指令是 PC）。但这种方式不值得推荐，最好使用下面的方式完成这种跳转。

　　mov pc, pc

;或者

　　add pc, pc, #0

带状态切换的连接跳转指令

 与BX功能一致，但会自动保存跳转时的 PC 值，语法格式： BLX 。target_add为指令的跳转目标地址,该地址是一个立即数

状态（寄存器）操作指令

ARM指令集提供了两条指令（MSR，MRS），用来操作状态寄存器PSR

MRS指令，语法格式 MRS {cond} Rd， PSR 用于把CPSR或SPSR的值传送到一个寄存器；

MSR指令，语法格式 MSR {cond} PSR_filed， #immed_8r 或 MSR {cond} PSR_filed, Rm 用于把一个寄存器的值或一个立即数传送到CPSR或SPSR；使用这两条只能可以实现对程序状态寄存器的状态修改操作。

在使用MSR指令对PSR进行修改操作时，要通过field设置状态寄存器需要操作的域。状态寄存器的32位被分为4个8位的域（filed）分别为：bits[31:24]条件域，用 F 表示； bits[23: 16]状态域，用 S 表示；bits[15:8]预留域，用 X 表示；bits[7:0]控制域，用 C 表示。

;程序举例：是能IRQ中断

ENABLE_IRQ

　　MRS　　R0，CPSR　　

　　BIC　　 R0,R0，#080　　;将CPSR bit7 I 清零，是能IRQ

　　MSR　　CPSR_c,R0　　;典型的读-改-回写操作

　　MOV 　　PC,LR

异常产生指令

ARM指令集提供了两条产生异常的指令（中断指令 SWI，断点中断指令 BKPT），通过这两条指令可以用软件的方法实现异常。 

中断指令

软件中断指令 SWI （software Interrupt）用于产生软中断，实现从用户模式切换到管理模式，CPSR保存到管理模式的 SPSR 中，执行转移到 SWI 向量。

语法格式 SWI {}   immed_24 为中断号

栈

栈：按增长方向分为 递增栈；递减栈

按压栈操作顺序（sp位置）分为；满栈和空栈

满栈（FULL）：sp指向栈顶元素

空栈（EMPTY）：sp指向栈顶元素相邻位置

根据栈的不同分类，将其寻址方式分为以下4种

1）满递减 FD（Full Descending）

2）空递减 ED（Empty Descending）

3）满递增 FA（Full Asceding）

4）空递增 EA（Empty Ascending）

习惯上大都使用满减栈。

压栈出栈的几种操作方式 

　　;初始化栈 

　　mov sp, #0x40000018

MAIN

　　mov r0, #1

　　mov r1, #1

　　bl FUNC          

　　add r2, r0, r1

FUNC

　　;压栈保护现场

　　stmfd sp!, {r0, r1}

　　mov r0, #2

　　mov r1, #4

　　sub r2, r1, r0

　　;出栈恢复现场

　　ldmfd sp!, {r0, r1}

　　mov pc, lr   

;初始化栈 

MAIN

　　mov r0, #1

　　mov r1, #1

　　bl FUNC          

　　add r2, r0, r1

FUNC

　　;压栈保护现场

　　stmfd sp!, {r0, r1, lr}

　　mov r0, #2

　　mov r1, #4

　　sub r2, r1, r0

　　;出栈恢复现场

　　ldmfd sp!, {r0, r1, pc}   

swp r0, r1, [r2]

 ;将r0中的数据放入内存地址是r2的地址空间，同时将r2中的值放入r1寄存器

 ;处理器与内存之间进行数据交换  交换过程不会被打断