ARM汇编基础

Posted 2021-03-01

ARM是基于RISC指令架构下的处理器，现在有ARM#，ARM-Cortex-M#，ARM-Cortex-R#，ARM-Cortex-A#很多版本。学习处理器，还是从最简单的入手，就像学习x86汇编，先学习8086一样。

1.ARM汇编分类

标准汇编：ARM公司标准的汇编环境，只有ARM编译器才可以使用，如ADS集成开发环境。
GNU汇编：Linux下的GNU交叉工具链中的汇编环境，我们一般选用这种模式。

2.ARM七种工作模式

（1）用户模式（USR）：正常程序执行模式，不能直接切换到其他模式
（2）系统模式（SYS）：运行操作系统的特权任务，与用户模式类似，但具有可以直接切换到其他模式等特权
（3）快中断模式（FIQ）：支持高速数据传输及通道处理，FIQ异常响应时进入此模式
（4）中断模式（IRQ）：用于通用中断处理，IRQ异常响应时进入此模式
（5）管理模式（SVC）：操作系统保护模式，系统复位和软件中断响应时进入此模式（由系统调用执行软中断SWI命令触发）
（6）中止模式（ABT）：用于支持虚拟内存和/或存储器保护，在ARM7TDMI没有大用处
（7）未定义模式（UND）：支持硬件协处理器的软件仿真，未定义指令异常响应时进入此模式

除用户模式外，其余6种工作模式都属于特权模式，特权模式中除了系统模式以外的其余5种模式称为异常模式，大多数程序运行于用户模式，进入特权模式是为了处理中断、异常、或者访问被保护的系统资源。

硬件权限级别：系统模式 > 异常模式 > 用户模式

3.ARM寻址方式

立即寻址
操作数是立即数，以“#”为前缀，表示 16 进制数值时以“0x”表示。
MOV R0,#0xFF00 ;0xFF00 -> R0
SUBS R0,R0,#1 ;R0 – 1 -> R0

寄存器寻址
操作数的值在寄存器中，指令执行时直接取出寄存器值操作。
MOV R1,R2 ;R2 -> R1
SUB R0,R1,R2 ;R1 - R2 -> R0

寄存器偏移寻址
当第二操作数是寄存器偏移方式时，第二个寄存器操作数在与第一个操作数结合之前，选择进行移位操作。
MOV R0,R2,LSL #3 ;R2 的值左移 3 位，结果放入 R0，即 R0 = R2 * 8

寄存器间接寻址
操作数保存在寄存器指定地址的存储单元中，即寄存器为操作数的地址指针。
LDR R1,[R2] ;将 R2 中的数值作为地址，取出此地址中的数据保存在 R1 中

基址寻址
将基址寄存器的值与偏移量相加，形成操作数的有效地址，基址寻址用于访问基址附近的存储单元，常用于查表、数组操作、功能寄存器访问等。
LDR R2,[R3,#0x0F] ;将R3中的数值加 0x0F 作为地址，取此地址的值保存在 R2 中
STR R1,[R0,#-2] ;将R0中的数值减 2 作为地址，把 R1的值保存到此地址中

多寄存器寻址
一次传送多个寄存器值，允许一条指令传送 16 个寄存器的任何子集或所有寄存器。多寄存器寻址时，寄存器子集按由小到大的顺序排列，连续的寄存器可用“-”连接，否则，用“，”分隔书写。
例：
LDMIA R1!,{R2-R7,R12} ;将 R1的值读出到 R2-R7，R12，过程中R1 自动加 1
STMIA R0!,{R3-R6,R10};将 R3-R6，R10的值保存到 R0 指向的地址，过程中R0 自动加 1

堆栈寻址
堆栈寻址使用堆栈指针SP，即R13，指向堆栈的栈顶。堆栈可分为两种：
向上生长：向高地址方向生长，称为递增堆栈，
向下生长：向低地址方向生长，称为递减堆栈，
堆栈指针指向最后压入的有效数据项，称为满堆栈，
堆栈指针指向下一个要放入的空位置，称为空堆栈，这样就有 4 种类型的堆栈。
A)满递增：堆栈地址向上增长，堆栈指针指向有效数据的最高地址。如 LDMFA，STMFA。
B)空递增：堆栈地址向上增长，堆栈指针指向堆栈上的第一个空位置。如 LDMEA，STMEA 。
C)满递减：堆栈地址向下增长，堆栈指针指向有效数据项的最低地址。如 LDMFD，STMFD。
D)空递减：堆栈地址向下增长，堆栈指针指向堆栈下的第一个空位置。如 LDMED，STMED 。
STMFD SP!,{R1-R7,LR} ; 将 R1～R7，LR 入栈。满递减堆栈。
LDMFD SP!,{R1-R7,LR} ;数据出栈，放入 R1～R7，LR 寄存器。满递减堆栈。

块拷贝寻址
用于将一块数据从存储器的某一位置拷贝到另一位置。
STMIA R0!,{R1-R7} ;将R1～R7的数据保存到存储器中，存储器指针在保存第一个值之后增加，增长方向为向上增长。
STMIB R0!,{R1-R7} ;将R1～R7的数据保存到存储器中，存储器指针在保存第一个值之前增加，增长方向为向上增长。
STMDA R0!,{R1-R7} ;将R1～R7的数据保存到存储器中，存储器指针在保存第一个值之后增加，增长方向为向下增长。
STMDB R0!,{R1-R7} ;将R1～R7的数据保存到存储器中，存储器指针在保存第一个值之前增加，增长方向为向下增长。

相对寻址
相对寻址是基址寻址的一种变通，由程序计数器 PC 提供基准地址，指令中的地址
码字段作为偏移量，两者相加后得到有效地址。
例：
BL ROUTE1 ;调用ROUTE1 子程序
BEQ LOOP ;条件跳转到 LOOP 标号处
…
LOOP MOV R2,#2
…
ROUTE1
…

4.汇编程序框架

.section .data
< 初始化的数据>
.section .bss
< 未初始化的数据>
.section .text

.section .text
.global _start
_start:
<汇编代码>

或者：
.data
<初始化数据>
.bss
<未初始化数据>
.text
.global _start
start:
<汇编代码>

5.Hello汇编程序

说明：该程序无法运行，可以调试运行
.text
.global _start
_start:
mov r1, #1
mov r2, #2
add r3, r1, r2

编译for：2440开发板，内存起始地址0x30000000
arm-linux-gcc -g -c -o hello.o hello.S
arm-linux-ld -Ttext 0x30000000 -o hello.elf hello.o

参考：
https://blog.csdn.net/xiaolangyangyang/article/details/51768462
https://www.cnblogs.com/icefree/p/8539112.html