ARM指令學(xué)習筆記
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參考----------<百度>"arm百度百科"，"NDS百度百科"
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/201611/316807.htm接下來(lái)就是對arm指令的學(xué)習。
因為有過(guò)前面8086指令的學(xué)習，并且也寫(xiě)過(guò)像高精度計算這樣的匯編程序，看arm指
心里面老在比較這兩套指令。
arm7TDMI(-S)指令系統有兩套指令集，分別是32位的Arm指令集和16位的thumb指令集。簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)：arm支持arm內核的所有特點(diǎn)，具有高效、快速的特點(diǎn)；而thumb指令集靈活、小巧。二者可以互相調用，Thumb指令集可以看做是Arm的壓縮形式的子集，是針對代碼的密度問(wèn)題而提出的，Thumb指令都有對應的Arm指令，但卻不是一個(gè)完整的系統，例如：Thumb指令集沒(méi)有協(xié)處理器指令,信號量指令以及訪(fǎng)問(wèn)CPSR或SPSR的指令,沒(méi)有乘加指令及64位乘法指令等,且指令的第二操作數受到限制;除了跳轉指令B有條件執行功能外,其它指令基本為無(wú)條件執行.,等等。不一一敘述。而Arm指令集出了具有很多Thumb沒(méi)有的功能外，它最大的特點(diǎn)就是：高效。
Arm的寄存器是37個(gè)，包括
31generalregisters（Rxx）
6status registers(xPSR)
對這37個(gè)寄存器的詳細描述我們可以從nocash.emubase.de這個(gè)網(wǎng)站上得到。
學(xué)習arm指令，最先接觸的是尋址指令。
Arm尋址指令可分為九類(lèi)：
Arm指令 80x86中有嗎？
1.寄存器尋址；
2.立即尋址；
3.寄存器移位尋址； 無(wú)
4.寄存器間接尋址；
5..基址尋址；
6.多寄存器尋址； 無(wú)
7.堆棧尋址； 無(wú)
8.塊拷貝尋址； 無(wú)
9.相對尋址。
可以看到arm尋址指令里面有個(gè)很大的特色是它的寄存器移位尋址,即第二個(gè)操作數在與第一個(gè)操作數結合之前可以選擇進(jìn)行移位操作，例如：MOVR0,R2,LSL#3。而在80x86指令中這得要三步走：一次賦值(否則影響尋址變量的值)、一次移位、一次尋址。不僅帶來(lái)了視覺(jué)上的不便，而且給書(shū)寫(xiě)帶來(lái)了麻煩(更容易出錯)。另外，Arm指令還可以進(jìn)行多寄存器尋址，無(wú)疑簡(jiǎn)化了操作(具體點(diǎn)講，就是少寫(xiě)很多"LD""ST")。還可以看到我們在arm指令中只需加個(gè)"!"就可以決定中間值是否保留。更加方便的是我們可以自由選擇變址前后指針的變化，例如塊拷貝尋址中就有四種：STMIA,STMIB,STMDA,STMDB.連遞減還是遞增，先變址還是先復制，Arm都給你預先設計好了，不能不說(shuō)它周全，這些都是80x86里沒(méi)有的，極大地方便了程序員的程序設計。
順帶說(shuō)一下其另一個(gè)便捷之處，加載/裝填數據時(shí)，可以在命令后加H/B來(lái)表示對半字/字節的數據操作，默認情況下是字。并且ARM可以實(shí)現一組寄存器和一塊連續內存之間傳送數據，如LDMIA和STMIA指令。
看完尋址，接下來(lái)才是Arm指令的重點(diǎn)，
Arm指令的基本格式為：
————————arm的32偽指令二進(jìn)制格式
其中<>內的項是必須的，而{}內的項是可選的。
Opcode:指令助記符
Cond：執行條件
S:是否影響cpsr寄存器的值
Rd:目標寄存器
Rn：第一個(gè)操作數的寄存器
Oprand2：第二個(gè)操作數
ARM指令可以分為6大類(lèi)
(1) 跳轉指令 B、BL、BLX、BX
(2)數據處理指令 數據傳送算術(shù)邏輯運算比較
(3)程序狀態(tài)寄存器傳輸指令
(4)load/store指令
(5)協(xié)處理指令
(6)異常中斷指令
可以看到
MOVE rcra
CMP rarb
JG NEXT
MOVE rcrb
NEXT
..............
而在arm中可以很方便地寫(xiě)成
MOVE rcra
CMP rarb
MOVECC rcrb
靈活運用第二個(gè)操作數還能大大提高代碼的效率，例如我們要將r1寄存器中的數乘以9,可以在arm中很方便地寫(xiě)成
ADD R1,R1,R1,LSL#3
換成80x86，那就是一堆步驟了
MOVE R2,R1
SHL R2,3
ADD R1,R2
就是說(shuō)arm的指令更人性化，加上后來(lái)對arm偽指令的學(xué)習，我個(gè)人覺(jué)得arm指令集是匯編中的高級語(yǔ)言了。
在A(yíng)RM中乘法操作可以用于任意兩個(gè)寄存器結果可以保存到任意寄存器，而80x86則需要先將被乘數保存于A(yíng)L/AX中再做乘法。并且高位和地位還要分開(kāi)保存至AX/AL和DX/AH中，麻煩！
ARM的中斷指令有：
(1)復位異常
(2)未定義指令異常
(3)軟件中斷異常
(4)預取指中斷異常
(5)數據中止異常
(6)中斷請求異常
(7)快速中斷（FIQ）請求異常
種類(lèi)繁多學(xué)起來(lái)很頭疼，不像80x86從頭到尾就是INT中斷那樣清爽。中斷這塊本人不甚明白，還需繼續努力學(xué)習，
接下來(lái)的學(xué)習就到了偽指令。首先偽指令不是ARM指令集中的指令，只是為了編程方便編譯器定義了偽指令，使用時(shí)可以像其他ARM指令一樣使用，但在編譯時(shí)這些指令會(huì )被等效的ARM指令代替。雖說(shuō)有些偽指令只是一些極其簡(jiǎn)單的替換，但卻極大地方便我們編程?？梢哉f(shuō)它是以它是一種特殊的助記符。
對于偽指令的學(xué)習也只是概念性的，沒(méi)法深刻，很多指令雖然知道意思但完全不知道哪兒用的著(zhù)。有待今后的時(shí)間吧。
總的來(lái)說(shuō)，ARM指令有一下幾種
1.符號定義偽指令
全局變量聲明：GBLA、GBLL和GBLS。
局部變量聲明：LCLA、LCLL和LCLS。
變量賦值：SETA、SETL和SETS。
為一個(gè)通用寄存器列表定義名稱(chēng)：RLIST。
為一個(gè)協(xié)處理器的寄存器定義名稱(chēng)：CN。
為一個(gè)協(xié)處理定義名稱(chēng)：CP。
為一個(gè)VFP寄存器定義名稱(chēng)：DN和SN。
為一個(gè)FPA浮點(diǎn)寄存器定義名稱(chēng)：FN。
2.數據定義偽指令
聲明一個(gè)文字池：LTORG。
定義一個(gè)結構化的內存表的首地址：MAP。
定義結構化內存表中的一個(gè)數據域：FIELD。
分配一塊內存空間，并用0初始化：SPACE。
分配一段字節的內存單元，并用指定的數據初始化：DCB。
分配一段字的內存單元，并用指令的數據初始化：DCD和DCDU。
分配一段字的內存單元，將每個(gè)單元的內容初始化為該單元相對于靜態(tài)基址寄存器的偏移量：DCDO。
分配一段雙字的內存單元，并用雙精度的浮點(diǎn)數據初始化：DCFD和DCFDU。
分配一段字的內存單元，并用單精度的浮點(diǎn)數據初始化：DCFS和DCFSU。
分配一段字的內存單元，并用單精度的浮點(diǎn)數據初始化，指定內存單元存放的是代碼，而不是數據：DCI。
分配一段雙字的內存單元，并用64位整數數據初始化：DCQ和DCQU。
分配一段半字的內存單元，并用指定的數據初始化：DCW和DCWU。
斷言錯誤：ASSERT。這個(gè)指令比較神奇，可以在程序首寫(xiě)一些諸如ASSERTtop<>temp的斷言錯誤指令，在匯編編譯器對匯編程序的第二遍掃描中，如果其中
ASSERT條件不成立，ASSERT偽指令將報告該錯誤信息，從而減少錯誤。有點(diǎn)像C++中try和catch。
3.匯編控制偽指令/宏偽指令
匯編控制偽指令用于條件匯編、宏定義、重復匯編控制等。該類(lèi)偽指令如下：
條件匯編控制：IF、ELSE和ENDIF
宏定義：MACRO和MEND
重復匯編：WHILE及WEND
這些就是它有點(diǎn)像高級語(yǔ)言的地方，可以用偽指令實(shí)現某些高級語(yǔ)句。其實(shí)高級語(yǔ)言不就是一個(gè)個(gè)匯編指令的打包嗎？大同小異。
值得提及的是MACRO和MEND，這個(gè)東西感覺(jué)就是C中的#define，很強大。
其偽指令格式：
MACRO
{$label}macroname{$parameter}{$parameter}…
其中：$label宏指令被展開(kāi)時(shí)，label可被替換成相應的符號，通常為一個(gè)標號在一個(gè) 符號前使用$表示被匯編時(shí)將使用相應的值替代$后的符號。
macroname所定義的宏的名稱(chēng)。
$parameter宏指令的參數。當宏指令被展開(kāi)時(shí)將被替換成相應的值，類(lèi)似于函數 中的形式參數。
可以實(shí)現參數的傳遞??！這種偽指令讓人看上去就有想去嘗試使用的沖動(dòng)，以后一定會(huì )有機會(huì )的！
這里簡(jiǎn)單假想下使用：
C語(yǔ)言中：#definebigger(a,b)(a>b)
可以寫(xiě)成(可能會(huì )有錯，僅僅嘗試一下而已):
MACRO
$labelbigger$a,$b
$label
;GL1為一個(gè)定義的全局變量
CMP $a,$b
MOVEGT GL1,1
MOVELE GL1,1
MEND
調用testbiggera,b
然后在GL1中得到大小結果
當然我們可以直接比較，這里只是為了演示一下。
4.雜項偽指令
雜項偽指令在匯編編程設計較為常用，如段定義偽指令，入口點(diǎn)設置偽指令，包含 文件偽指令，標號導出或引入聲明等，該類(lèi)偽指令如下：
邊界對齊：ALIGN。
段定義：AREA。
指令集定義：CODE16和CODE32。
匯編結束：END。
程序入口：ENTRY。
常量定義：EQU。
聲明一個(gè)符號可以被其它文件引用：EXPORT和GLORBAL。
聲明一個(gè)外部符號：IMPORT和EXTERN。
包含文件：GET和INCLUDE。
包含不被匯編的文件：INCBIN。
保留符號表中的局部符號：KEEP。
禁止浮點(diǎn)指令：NOFP。
指示兩段之間的依賴(lài)關(guān)系：REQUIRE。
堆棧8字節對準：PEQUIRE8和PRESERVE8。
給特定的寄存器命名：RN。
標記局部標號使用范圍的界限：ROUT。
最后一塊是C與匯編混合編程。
(1)c中內嵌匯編。曾今看過(guò)個(gè)故事：一個(gè)物理學(xué)家寫(xiě)一個(gè)模擬天體運行的程序，分別從算法和指令兩方面經(jīng)行優(yōu)化，用了一個(gè)月的時(shí)間將一個(gè)原本要幾年才能出結果的程序縮短到十幾分鐘。這其中有個(gè)很重要的一步，就是將某些重用性很大的高級語(yǔ)言程序塊用匯編語(yǔ)言直接書(shū)寫(xiě)。大大縮短了程序運行的極限時(shí)間。曾今也好奇過(guò)，高級語(yǔ)言里面怎么去內嵌匯編？
_asm
{
指令[;指令]
...
[指令]
}
內嵌匯編程序對寄存器、常量、標號等有很多限制，就不多說(shuō)了。
(2)匯編中內嵌c語(yǔ)言程序
(3)C與匯編互相調用
在學(xué)習ARM指令的過(guò)程中，遇到過(guò)很多問(wèn)題，第一次碰到往往非常不解，還有些個(gè)該注意的地方，當然了，問(wèn)題和需呀注意的地方遠不止這些。這些只是個(gè)人覺(jué)得一些比較典型的，寫(xiě)在這里與諸位分享：
1.＃immed_8r常數表達式時(shí)“該常數必須對應8位位圖，即常數是由一個(gè)8位的常數循環(huán)移位偶數位得到的。”
其意思是這樣：＃immed_8r在芯片處理時(shí)表示一個(gè)32位數，但是它是由一個(gè)8位數（比如：01011010，即0x5A）通過(guò)循環(huán)移位偶數位得到（10000000000000000000000000010110，就是0x5A通過(guò)循環(huán)右移2位（偶數位）的到的）。
而10100000000000000000000000010110，就不符合這樣的規定，編譯時(shí)一定出錯。因為你可能通過(guò)將10110101循環(huán)右移位得到它，但是不可能通過(guò)循環(huán)移位偶數位得到。
10110000000000000000000000010110，也不符合這樣的規定，很明顯：101101011有9位。
2.什么叫帶符號擴展.
當從16位向32位賦值時(shí)，若選擇無(wú)符號擴展，那高位補零。選擇有符號擴展，那32中的16位按照16位最高位補齊。
例如1101010110101010------->11111111111111111101010110101010
0101010110101010------->000000000000000101010110101010
關(guān)于為什么這樣補，可以參照補碼定義，這里介紹一種簡(jiǎn)單的補碼計算方法：
N位絕對值為k的數的補碼為：2^n-k.比那個(gè)取反加一得來(lái)得清爽一點(diǎn)。
3.我們說(shuō)有四種類(lèi)型的堆棧尋址方式，LDMFA，STMFA,LDMEA,STMEA。
注意F表示full,E表示empty,A表示after，B表示before。
我們假設：在C語(yǔ)言中stack[]為堆棧數組，top為堆的頂指針。為方便理解。我用c語(yǔ)言描述了一下。
堆棧是一種數據結構，按先進(jìn)后出（FirstInLastOut，FILO）的方式工作，使用一個(gè)稱(chēng)作堆棧指針的專(zhuān)用寄存器指示當前的操作位置，堆棧指針總是指向棧頂。
當堆棧指針指向最后壓入堆棧的數據時(shí)，稱(chēng)為滿(mǎn)堆棧（FullStack），而當堆棧指針指向下一個(gè)將要放入數據的空位置時(shí)，稱(chēng)為空堆棧（EmptyStack）。
同時(shí)，根據堆棧的生成方式，又可以分為遞增堆棧（AscendingStack）和遞減堆棧（DecendingStack），當堆棧由低地址向高地址生成時(shí)，稱(chēng)為遞增堆棧，當堆棧由高地址向低地址生成時(shí)，稱(chēng)為遞減堆棧。這樣就有四種類(lèi)型的堆棧工作方式，ARM微處理器支持這四種類(lèi)型的堆棧工作方式，即：
◎Fulldescending滿(mǎn)遞減堆棧
堆棧首部是高地址，堆棧向低地址增長(cháng)。棧指針總是指向堆棧最后一個(gè)元素（最后一個(gè)元素是最后壓入的數據）。
ARM-Thumb過(guò)程調用標準和ARM、ThumbC/C++編譯器總是使用Fulldescending類(lèi)型堆棧。
C語(yǔ)言表示：stack[--top]=value
◎Fullascending滿(mǎn)遞增堆棧
堆棧首部是低地址，堆棧向高地址增長(cháng)。棧指針總是指向堆棧最后一個(gè)元素（最后一個(gè)元素是最后壓入的數據）。
C語(yǔ)言表示：stack[top--]=value
◎Emptydescending空遞減堆棧
堆棧首部是低地址，堆棧向高地址增長(cháng)。棧指針總是指向下一個(gè)將要放入數據的空位置。
C語(yǔ)言表示：stack[++top]=value
◎Emptyascending空遞增堆棧
堆棧首部是高地址，堆棧向低地址增長(cháng)。棧指針總是指向下一個(gè)將要放入數據的空位置。
操作堆棧的匯編指令
C語(yǔ)言表示：stack[top++]=value
4.算術(shù)位移/邏輯位移/循環(huán)位移
算術(shù)位移，邏輯位移邏輯右移最高位補0,最低位進(jìn)入CF,相當于每移一位除以2,一般對于無(wú)符號數使用 如:133/8=16余5 MOVAL,10000101B MOVCL,03H SHRAL,CL AL=10H=16 算術(shù)右移最高位(即符號位)保持不變,而不是補0最低位進(jìn)入CF.相當于每移一位除2,一般對于有符號數使用8/8 MOVAL,10000000B MOVCL,03H SARAL,CL AL=0F0H=-16
----------分別對應邏輯左移、邏輯右移、算術(shù)右移、循環(huán)右移
5.關(guān)于A(yíng)RM的B,BL跳轉指令
假設跳轉指令處的地址是A,跳轉目標處的地址是B.
B,BL指令保存的是偏移地址,這個(gè)地址的計算方法是:
1.B-(A+8).A+8是因為ARM的流水線(xiàn)使得指令執行到A處時(shí),PC實(shí)際的值是A+8.2.第一步得到的值是4的倍數,因為ARM的指令是4對齊的,即最低兩位為00.于是將這個(gè)值右移兩位.
3.得到最終偏移
執行時(shí):
1.取出偏移
2.左移兩位
3.加入PC,這時(shí)PC的值剛好為目標處的地址值,即目標地址指令進(jìn)入取指,流水線(xiàn)前兩級被清空
但是為什么是減去8呢？這因為ARM7是三級流水線(xiàn)。
那什么三級流水線(xiàn)是什么？
PC代表程序計數器，流水線(xiàn)使用三個(gè)階段，因此指令分為三個(gè)階段執行：1.取指（從存儲器裝載一條指令）；2.譯碼（識別將要被執行的指令）；3.執行（處理指令并將結果寫(xiě)回寄存器）。即執行時(shí)取指已經(jīng)提前兩個(gè)字了，即8個(gè)字節。
6.什么是軟中斷？
軟中斷是利用硬件中斷的概念，用軟件方式進(jìn)行模擬，實(shí)現宏觀(guān)上的異步執行效果。很多情況下，軟中斷和"信號"有些類(lèi)似，同時(shí)，軟中斷又是和硬中斷相對應的，"硬中斷是外部設備對CPU的中斷"，"軟中斷通常是硬中斷服務(wù)程序對內核的中斷"，"信號則是由內核（或其他進(jìn)程）對某個(gè)進(jìn)程的中斷"（《Linux內核源代碼情景分析》第三章）?！ ≤浿袛嗟囊环N典型應用就是所謂的"下半部"（bottomhalf），它的得名來(lái)自于將硬件中斷處理分離成"上半部"和"下半部"兩個(gè)階段的機制：上半部在屏蔽中斷的上下文中運行，用于完成關(guān)鍵性的處理動(dòng)作；而下半部則相對來(lái)說(shuō)并不是非常緊急的，通常還是比較耗時(shí)的，因此由系統自行安排運行時(shí)機，不在中斷服務(wù)上下文中執行。bottomhalf的應用也是激勵內核發(fā)展出目前的軟中斷機制的原因?！ ≤浿袛嗍莑inux系統原“底半處理”的升級，在原有的基礎上發(fā)展的新的處理方式，以適應多cpu、多線(xiàn)程的軟中斷處理?！ ∫话銇?lái)說(shuō)，軟中斷是由內核機制的觸發(fā)事件引起的（例如進(jìn)程運行超時(shí)），但是不可忽視有大量的軟中斷也是由于和硬件有關(guān)的中斷引起的，例如當打印機端口產(chǎn)生一個(gè)硬件中斷時(shí)，會(huì )通知和硬件相關(guān)的硬中斷，硬中斷就會(huì )產(chǎn)生一個(gè)軟中斷并送到操作系統內核里，這樣內核就會(huì )根據這個(gè)軟中斷喚醒睡眠在打印機任務(wù)隊列中的處理進(jìn)程?！ ≡诰W(wǎng)絡(luò )編程中,軟中斷用來(lái)引發(fā)協(xié)議層代碼的執行
7.關(guān)于程序狀態(tài)的切換
程序不能通過(guò)修改直接修改CPSR中的T控制位直接將程序狀態(tài)切換到Thumb狀態(tài)，必須通過(guò)BX等指令完成程序狀態(tài)的切換
8.對于LDMIA指令，Rn的最終值是加載的值，而不是增加后的地址
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