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1 前言

玩嵌入式的，或多或少都接觸ARM。

ARM既是一種處理器架構，也是一家公司，它不生產芯片，只靠芯片IP授權賺錢。

ARM處理器是英國Ac orn有限公司設計的低功耗成本的第一款RISC 微處理器。全稱為Advanced RISC Machine。ARM處理器本身是32位設計，但也配備16位指令集，一般來講比等價32位代碼節省達35%，卻能保留32位系統的所有優勢。

更多詳細介紹，請參考百度百科.

2 ARM知識圖譜

本文先列個大綱，后續有時間再補充。

3 ARM匯編基礎三大塊

這里整理了ARM匯編中非常基礎的三大塊知識，了解了這三大塊內容基本可以看懂甚至編譯一些簡單的匯編程序。

3.1 尋址方式

ARM的尋址方式總共有9種，包括：

3.1.1 立即尋址

操作數是立即數，以“#”為前綴，表示 16 進制數值時以“0x”表示。

例：

MOV R0,#0xFF00 ;0xFF00 -> R0

SUBS R0,R0,#1 ;R0 – 1 -> R0

3.1.2 寄存器尋址

操作數的值在寄存器中，指令執行時直接取出寄存器值操作。

例：

MOV R1,R2 ;R2 -> R1

SUB R0,R1,R2 ;R1 - R2 -> R0

3.1.3 寄存器偏移尋址

當第二操作數是寄存器偏移方式時，第二個寄存器操作數在與第一個操作數結合之前，選擇進行移位操作。

例：

MOV R0,R2,LSL #3 ;R2 的值左移 3 位，結果放入 R0，即 R0 = R2 * 8

ANDS R1,R1,R2,LSL #3 ;R2 的值左移 3 位，然后和 R1 相與操作，結果放入 R1

可采用的移位操作：

LSL：邏輯左移（Logical Shift Left），低端空出位補 0

LSR：邏輯右移（Logical Shift Right），高端空出位補 0

ASR：算術右移（Arithmetic Shift Right），移位過程中符號位不變，即源操作數為正數，則高端空出位補 0，否則補 1

ROR：循環右移（Rotate Right），由低端移出位填入高端空出位

RRX：帶擴展的循環右移（Rotate Right eXtended by 1 place）,操作數右移一位，高端空出位用原 C 標志值填充。

3.1.4 寄存器間接尋址

操作數保存在寄存器指定地址的存儲單元中，即寄存器為操作數的地址指針。

例：

LDR R1,[R2] ;將 R2 中的數值作為地址，取出此地址中的數據保存在 R1 中

SWP R1,R1,[R2] ;將R2中的數值作為地址，取出此地址中的數值與 R1 中的值**

3.1.5 基址尋址

將基址寄存器的值與偏移量相加，形成操作數的有效地址，基址尋址用于訪問基址附近的存儲單元，常用于查表、數組操作、功能寄存器訪問等。

例：

LDR R2,[R3,#0x0F] ;將R3中的數值加 0x0F 作為地址，取此地址的值保存在 R2 中

STR R1,[R0,#-2] ;將R0中的數值減 2 作為地址，把 R1的值保存到此地址中

3.1.6 多寄存器尋址

一次傳送多個寄存器值，允許一條指令傳送 16 個寄存器的任何子集或所有寄存器。多寄存器尋址時，寄存器子集按由小到大的順序排列，連續的寄存器可用“-”連接，否則，用“，”分隔書寫。

例：

LDMIA R1!,{R2-R7,R12} ;將 R1的值讀出到 R2-R7，R12，過程中R1 自動加 1

STMIA R0!,{R3-R6,R10};將 R3-R6，R10的值保存到 R0 指向的地址，過程中R0 自動加 1

3.1.7 堆棧尋址

堆棧尋址使用堆棧指針SP，即R13，指向堆棧的棧頂。堆棧可分為兩種：

向上生長：向高地址方向生長，稱為遞增堆棧，

向下生長：向低地址方向生長，稱為遞減堆棧，

堆棧指針指向最后壓入的有效數據項，稱為滿堆棧，

堆棧指針指向下一個要放入的空位置，稱為空堆棧，這樣就有 4 種類型的堆棧。

A)滿遞增：堆棧地址向上增長，堆棧指針指向有效數據的最高地址。如 LDMFA，STMFA。

B)空遞增：堆棧地址向上增長，堆棧指針指向堆棧上的第一個空位置。如 LDMEA，STMEA 。

C)滿遞減：堆棧地址向下增長，堆棧指針指向有效數據項的最低地址。如 LDMFD，STMFD。

D)空遞減：堆棧地址向下增長，堆棧指針指向堆棧下的第一個空位置。如 LDMED，STMED 。

例：

STMFD SP!,{R1-R7,LR} ; 將 R1～R7，LR 入棧。滿遞減堆棧。

LDMFD SP!,{R1-R7,LR} ;數據出棧，放入 R1～R7，LR 寄存器。滿遞減堆棧。

3.1.8 塊拷貝尋址

用于將一塊數據從存儲器的某一位置拷貝到另一位置。

例：

STMIA R0!,{R1-R7} ;將R1～R7的數據保存到存儲器中，存儲器指針在保存第一個值之后增加，增長方向為向上增長。

STMIB R0!,{R1-R7} ;將R1～R7的數據保存到存儲器中，存儲器指針在保存第一個值之前增加，增長方向為向上增長。

STMDA R0!,{R1-R7} ;將R1～R7的數據保存到存儲器中，存儲器指針在保存第一個值之后增加，增長方向為向下增長。

STMDB R0!,{R1-R7} ;將R1～R7的數據保存到存儲器中，存儲器指針在保存第一個值之前增加，增長方向為向下增長。

3.1.9 相對尋址

相對尋址是基址尋址的一種變通，由程序計數器 PC 提供基準地址，指令中的地址

碼字段作為偏移量，兩者相加后得到有效地址。

例：

BL ROUTE1 ;調用ROUTE1 子程序

BEQ LOOP ;條件跳轉到 LOOP 標號處

…

LOOP MOV R2,#2

…

ROUTE1

…

3.2 寄存器的用途

3.2.1 ARM寄存器列表

ARM共有37個32位物理寄存器，7種工作模式下可訪問的寄存器見下表，User和System使用完全相同的物理寄存器。

3.2.2 ARM寄存器的用途

其中 r0~r3 主要用于子程序間傳遞參數， r4~r11 主要用于保存局部變量，但在 Thumb 程序中，通常只能使用 r4~r7 來保存局部變量； r12 用作子程序間scratch 寄存器，即 ip 寄存器； r13 通常用做棧指針，即 sp； r14 寄存器又被稱為連接寄存器（lr），用于保存子程序以及中斷的返回地址； r15 用作程序計數器（pc），由于 ARM 采用了流水線機制，當正確讀取了 PC 的值后，該值為當前指令地址加 8 個字節，即 PC 指向當前指令的下兩條指令地址。

CPSR和SPSR都是程序狀態寄存器，其中SPSR是用來保存中斷前的CPSR中的值，以便在中斷返回之后恢復處理器程序狀態。

3.2.2.1 R0~R7

所有工作模式下，R0-R7都分別指向同一個物理寄存器（共8個物理寄存器），它們未被系統用作特殊的用途。在中斷或異常處理進行工作模式轉換時，由于不同工作模式均使用相同的物理寄存器，可能造成寄存器中數據的破壞。

3.2.2.2 R8~R12

在User&System、IRQ、Svc、Abt和Und模式下訪問的R8~R12都是同一個物理寄存器（共5個物理寄存器）；在FIQ模式下，訪問的R8fiq~R12fiq是另外獨立的物理寄存器（共5個物理寄存器）。

3.2.2.3 R13（SP）和R14（LR）

? 在User&System、IRQ、FIQ、Svc、Abt和Und訪問的R13_~R14都是各自模式下獨立的物理寄存器（共12個物理寄存器）。

? R13在ARM指令中常用作堆棧指針（SP），但這只是一種習慣用法，用戶也可使用其他的寄存器作為堆棧指針。而在Thumb指令集中，某些指令強制性的要求使用R13作為堆棧指針。

? 由于處理器的每種工作模式均有自己獨立的物理寄存器R13，在用戶應用程序的初始化部分，一般都要初始化每種模式下的R13，使其指向該工作模式的棧空間。這樣，當程序進入異常模式時，可以將需要保護的寄存器放入R13所指向的堆棧，而當程序從異常模式返回時，則從對應的堆棧中恢復，采用這種方式可以保證異常發生后程序的正常執行。 R14稱為鏈接寄存器(Link Register)，當執行子程序調用指令(BL)時，R14可得到R15(程序計數器PC)的備份。在每一種工作模式下，都可用R14保存子程序的返回地址，當用BL或BLX指令調用子程序時，將PC的當前值復制給R14，執行完子程序后，又將R14的值復制回PC，即可完成子程序的調用返回。以上的描述可用指令完成。

執行以下任意一條指令： MOV PC, LR BX LR 在子程序入口處使用以下指令將R14存入堆棧： STMFD SP！,{,LR} 對應的，使用以下指令可以完成子程序返回： LDMFD SP！,{,PC} R14也可作為通用寄存器。

3.2.2.4 程序計數器PC(R15)

所有工作模式下訪問的R15都是同一個物理寄存器，由于ARM體系結構采用了多級流水線技術，對于ARM指令集而言，PC總是指向當前指令的下兩條指令的地址，即PC的值為當前指令的地址值加8個字節。

在ARM狀態下，R15[1:0]為0，R15[31:2]用于保存PC；在Thumb狀態下，R15[0]為0，R15[31:1]用于保存PC。

3.2.2.5 CPSR和SPSR

R16用作CPSR(Current Program Status Register，當前程序狀態寄存器)，CPSR可在任何工作模式下被訪問，它包括條件標志位、中斷禁止位、當前處理器模式標志位，以及其他一些相關的控制和狀態位。

每一種工作模式下又都有一個專用的物理狀態寄存器，稱為SPSR(Specified Program Status Register，備份的程序狀態寄存器)，當異常發生時，SPSR用于保存CPSR的當前值，從異常退出時則可由SPSR來恢復CPSR。 User模式和System模式不屬于異常模式，它們沒有SPSR，當在這兩種模式下訪問SPSR，結果是未知的。

2.6 CPSR各標志位含義

31	30	29	28	27	26	7	6	5	4	3	2	1	0
N	Z	C	V	Q	DNM(RAZ)	I	F	T	M4	M3	M2	M1	M0

N（Negative）---設置成當前指令運算結果的bit[31]的值。當兩個有符號整數運算時，N=1運算結果為負數，N=0運算結果為正。

Z（Zero）---Z=1運算結果為零；Z=0表示運算的結果不為零。對于CMP指令，Z=1表示進行比較的兩個數大小相等。

C（Carried out）---分四種情況討論 1）在加法指令中（包括比較指令CMP），當結果產生進位，則C=1，表示無符號運算發生上溢出；其他情況C=0。 2）在減法指令中（包括減法指令CMP），當運算發生借位，則C=0，表示無符號運算發生下溢出；其他情況下C=1。 3）對于包含移位操作的非加減運算指令，C中包含最后一次溢出的位的數值 4）對于其他非加減運算指令，C位的值通常不受影響 V（oVerflow）---對于加減運算指令，當操作數和運算結果為二進制的補碼表示的帶符號數時，V=1符號為溢出；通常其他指令不影響V位。

Q---在ARM V5的E系列處理器中，CPSR的bit[27]稱為Q標識位，主要用于指示增強的DSP指令是否發生了溢出。同樣的spsr的bit[27]位也稱為Q標識位，用于在異常中斷發生時保存和恢復CPSR中的Q標識位。在ARM V5以前的版本及ARM V5的非E系列的處理器中，Q標識位沒有被定義。

I和F---當I=1時禁止IRQ中斷，當F=1時禁止FIQ中斷

T---對于ARM V4以更高版本的T系列ARM處理器，T=0表示執行ARM指令；T=1表示執行Thumb指令對于ARM V5以及更高版本的非T系列處理器，T=0表示執行ARM指令；T=1表示強制下一條執行的指令產生未定指令中斷

M[4:0]---定義了的ARM工作模式，具體見1中表CSPR[4：0]定義的ARM工作模式