ARM学习笔记（⼀）汇编语⾔
汇编table指令什么意思
ARM学习笔记（⼀）汇编语⾔
你好！这是⾃动化专业“嵌⼊式系统设计”的课程总结笔记。参考书⽬：《嵌⼊式计算系统设计原理》《ARM7数据⼿册》
ARM 编程模型
编程模型是所有⽤户可见的寄存器的集合。
ARM寄存器简介
在ARM⽤户模式下，⽤户可见寄存器共有17个，包括r0-r15和程序状态寄存器CPSR。ARM寄存器字长和数据总线宽度⼀致，都是是32位的。
r0-r12：通⽤寄存器，保存变量
r13：栈顶指针寄存器
r14：连接寄存器。函数调⽤时，先将下⼀条指令的地址存⼊r14，再将r15置成⽬标函数的地址。函数返回时，将r14的值赋给r15。
如果遇到函数嵌套，每次嵌套调⽤都要将r14压栈，再将r15赋给r14。
r15：程序计数器（PC），指向下⼀条待取指令的地址。假设当前执⾏的指令在地址a处，因为ARM是三级流⽔线，所以PC指针实际指向的地址是（a+8）。ARM要求所有的指令（不考虑Thumb指令集）是32位宽的，并且起始地址32位对齐，即指令地址低两位是0。下图为ARM的三级流⽔线结构。
CPSR：当前程序状态寄存器，包括NZCV四个状态位和三个控制选项。
标志位功能
N负数标志位。运算结果ans为负，N=1； 否则 N=0
Z零标志位。ans=0，则Z=1；ans=1，Z=0
C进位标志位。加法运算，最⾼位有进位，则C=1，否则C=0；减法运算，最⾼位有借位，则C=0，否则C=1；移位运算，C保存移出的位。
V溢出标志位，结果溢出为1，否则为0
IF中断屏蔽标志位，分成 I 和 F 两位。分别负责 IRQ 和 FIQ 的屏蔽，被置1时屏蔽对应的中断
T T=1时使⽤Thumb指令集，T=0时使⽤ARM指令集
MODE选择当前处理器⼯作模式
关于ARM7的⼯作模式
好多关于ARM7的博⽂中都提到 ARM7 有 7 种⼯作模式。但是我到的ARM7的中⽂数据⼿册上只有六种，缺了系统模式
（SYS）。
USR：⽤户模式，程序正常运⾏时的模式
SYS：系统模式
IRQ：普通中断模式
FIQ：快速中断模式，有更⾼的优先级和响应速度。可以打断 IRQ 普通中断，并且在进⼊ FIQ 中断处理程序后会关闭 IRQ。
SVC：管理模式，即使⽤ SWI 指令进⼊的管态
ABT：中⽌模式，⾮法访问内存时进⼊的模式
UND：⽆定义模式，指访问的指令缺少类似协处理器的硬件⽀持，可以在该模式下进⾏协处理器的软件仿真
上述 7 种模式中，USR 以外的统称特权模式；USR 和 SYS 以外的统称异常模式。
汇编指令
ARM 指令集可以划分为若⼲⼦类，每类指令具有相同的编码⽅式，下⾯介绍三类常见指令。
数据处理指令
数据处理指令的编码格式如下图：
该指令编码的注解如下：
条件代码：ARM 的所有数据处理指令都⽀持条件执⾏。⽐如 ADDNE，表⽰在 CPSR 中的 Z 标志位等于 0 时执⾏该加法指令。这⾥的 “NE” 将被编码成 4 位的条件代码。
I：指⽰第⼆操作数是⽴即数（1）还是寄存器（0）
操作码：数据处理指令共 16 个，使⽤ 4 位⼆进制编码
S：指⽰当前操作是否修改CPSR，S=1 则修改。
RN：第⼀操作数
RD：⽬的寄存器
操作数：第⼆操作数
指令介绍
下图是 ARM7 中⽂数据⼿册中关于数据处理指令的描述。其中SBC和RSC写错了，改为：
SBC - Rd := Op1 - Op2 -1 + C
RSC - Rd := Op2 - Op1 -1 + C
ps1：TEQ 命令描述中的 EOR 是异或运算。
ps2：BIC 命令的作⽤是按位清 0，到 Op2 中的 1 所在的位，把Op1中相应的位清 0。（Bit Clear）
补充知识点① ARM寻址⽅式
这部分内容参考了博主 的⽂章，想要详细了解可以移步
ARM 指令集都是32位宽的，同时地址总线也是32位，所以在汇编指令⾥⽆法直接指定内存的绝对地址（进不去，怎么想都塞不进去吧，何况好多指令都是三操作数），想要访问内存就必须借助⼀些技巧。
但是寄存器只有16个，只需4位就可以寻址，所以寄存器寻址还是可以的。
这⼀点和MU0处理器有所不同，MU0是单操作数指令，加上地址空间很⼩，所以所有内存单元都是直接指定内存的绝对地址。
ARM 的寻址⽅式共有⼋种。
⽴即数寻址：符合某种特定条件的⽴即数可以直接作为操作数，仅限第⼆操作数。例如，MOV R0，#&38； MOV R0，#0x6400；ps：所有⽴即数前⾯要有#；0x 和 & 都代表 16 进制。寄存器直接寻址：ADD R0，R1，R2
寄存器间接寻址：ARM 处理器是 Load-Store 结构，所有数据运算的操作数都是寄存器。要想操作内存，必须先把内存数据加载到寄存器。所以这种寻址⽅式只会出现在 LDR,STR 等数据传送指令中。例如，LDR R0，[R1]
寄存器偏移寻址：个⼈认为这不算⼀种寻址⽅式，它只是在寄存器直接寻址的基础上对取出的操作数增加了移位操作。例如，MOV R0，R2，LSL #3; R2的值左移3位，结果赋给R0。
寄存器基址变址寻址：分为三类：
① 前变址：LDR r0, [r1, #4] ; r0 = mem[r0 + 4]
② 前变址，⾃动变址：STR r0, [r1, #4]! ; r1 = r1 + 4, r0 = mem[r1]③ 后变址，⾃动变址：LDR r0, [r1], #4 ; r0 = mem[r1], r1 = r1 + 4相对寻址：在B、BL等控制流指令中⽤到。常见格式：BL init 。详见控制流指令章节。堆栈寻址
多寄存器寻址
在以上寻址⽅式中，寄存器间接寻址、基址变址寻址、堆栈寻址（堆栈也是内存）、多寄存器寻址、块拷贝寻址都涉及内存操作，只能⽤于数据传送指令（存疑，操作数在内存上的命令只能是Load-Store命令吗？欢迎评论区指出）。详见【数据传送指令】章节。
补充知识点 ② 关于第⼆操作数
ARM 的数据处理指令是三操作数指令。（ 按照ARM7⼿册的分类，MUL/MLA不属于数据处理指令，它是根据编码格式分类的 ）分别是⽬的操作数、第⼀操作数、第⼆操作数。其中⽬的操作数和第⼀操作数使⽤ 4 位⼆进制编址，因此只能使⽤只有16种地址选择的寄存器直接寻址。第⼆操作数的变址空间有12位，因此它的使⽤更加灵活。在数据处理指令中，还可以使⽤寄存器偏移寻址和⽴即数寻址。
寄存器偏移寻址
如前所述，寄存器偏移寻址是对第⼆操作数的移位。所以第⼆操作数的 12 位要指明三件事：
① 操作数所在的寄存器（4位）
② 移位⽅式 （四种：逻辑左或右， 算术右或循环右、2位）
③ 移位次数 （0-31、5位）
共需要11位，所以可以在单个指令编码中塞下。具体实现见下图。
ARM7⼿册种还给出了另⼀种编码⽅式，感兴趣的朋友可以参阅
⽴即数寻址
这部分内容强烈推荐的博⽂：
ARM的数据总线有 32 位，但是留给第⼆操作数的空间只有 12 位。所以⽴即数的范围必须有所限制。在这 12 位中，0 ~ 7位是数值部分；8~11 位乘以 2 是 0～7 位要进⾏右移位操作的次数。因此，⽴即数的表⽰范围是：（0 - 255）* 2 。
⼀个判断⽴即数是否合法的简便⽅法：将它写成⼆进制，观察是否能通过右移偶数次，使得所有的 “1” 都位于低⼋位上。
数据传送指令2N

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