深度剖析ARM內核寄存器及基本匯編語(yǔ)言2

2.2 匯編偽指令

匯編語(yǔ)言分成兩塊：標準指令集和非標準指令集。偽指令屬于非標準指令集。

什么是偽指令？

類(lèi)似于宏的東西，把復雜的有好幾天指令進(jìn)行跳轉的完成的小功能級進(jìn)行新的標簽設定，這就是偽指令。

類(lèi)似于學(xué)c語(yǔ)言的時(shí)候的預處理，在預處理的時(shí)候把它定義于一堆的宏轉化為真正的c語(yǔ)言的代碼。同樣，偽指令是在定義好之后的匯編，匯編的時(shí)候會(huì )把它翻譯成標準指令，也許一條簡(jiǎn)單的偽指令可以翻譯成很多條標準的匯編指令集，所以這就是偽指令最重要的作用。

我們前面說(shuō)的 CODE16 CODE32也是偽指令，用來(lái)指定其后的代碼格式。

偽指令的作用？

基本的指令可以做各類(lèi)操作了，但操作起來(lái)太麻煩了。偽指令定義了一些類(lèi)似于帶參數的宏，能夠更好的實(shí)現匯編程序邏輯。（比如我現在要設置一個(gè)值給寄存器R0，但下次我修改了寄存器R0之后又需要讀出來(lái)剛才的值，那我們就要先臨時(shí)保存值到SPSR,CPSR，然后不斷切換。）

偽指令只是在匯編器之前作用，匯編以后翻譯為標準的匯編令集。

偽指令的類(lèi)別偽指令可分為ARM匯編偽指令和GNU匯編偽指令

ARM匯編偽指令是ARM公司的，GNU匯編偽指令是GNU平臺的。他們有自己的匯編器，不同的匯編器的解釋語(yǔ)法可以設成不同。

在這里插入圖片描述

2.2.1 GNU匯編偽指令

這里列出部分偽指令說(shuō)明，具體的偽指令可以結合 ARM匯編偽指令分析：

2.2.2 ARM匯編偽指令

在我的另一篇博文：STM32的啟動(dòng)過(guò)程（startup_xxxx.s文件解析）

里面有過(guò)一些對偽指令意思的的說(shuō)明，下面也列出部分說(shuō)明：

AREA：

用于定義一個(gè)代碼段或數據段。屬性字段表示該代碼段（或數據段）的相關(guān)屬性，多個(gè)屬性用逗號分隔。其中，段名若以數字開(kāi)頭，則該段名需用?“?|?”?括起來(lái)：

ALIGN：

ALIGN?偽指令可通過(guò)添加填充字節的方式，使當前位置滿(mǎn)足一定的對其方式。其中，表達式的值用于指定對齊方式，可能的取值為2的冪，如?1?、2?、4?、8?、16?等。若未指定表達式，則將當前位置對齊到下一個(gè)字的位置。

CODE16和CODE32：

指定其后面的指令為 ARM 指令還是?Thumb?指令，前面介紹過(guò)。

ENTRY：

用于指定匯編程序的入口點(diǎn)。在一個(gè)完整的匯編程序中至少要有一個(gè)?ENTRY?（也可以有多個(gè)，當有多個(gè)?ENTRY?時(shí)，程序的真正入口點(diǎn)由鏈接器指定），但在一個(gè)源文件里最多只能有一個(gè)?ENTRY。

在startup_stm32f103xg.s里面就沒(méi)有。

END：

用于通知編譯器已經(jīng)到了源程序的結尾。IMPORT 和 EXPORT：

IMPORT 定義表示這是一個(gè)外部變量的標號，不是在本程序定義的 EXPORT 表示本程序里面用到的變量提供給其他模塊調用的

2.2.3 LDR 和 ADR

LDR偽指令:

簡(jiǎn)單介紹了偽指令基礎，回到上一小結留下的問(wèn)題，想要把任意值復制給 R0，怎么處理，我們使用偽指令：LDR R0, =value

編譯器會(huì )把“偽指令”替換成真實(shí)的指令：

LDR R0, =0x12

0x12是立即數，那么替換為：MOV R0, #0x12

LDR R0, =0x123456780x12345678不是立即數，那么替換為：LDR R0, [PC, #offset] // 2. 使用Load Register讀內存指令讀出值，offset是鏈接程序時(shí)確定的 ……Label DCD 0x12345678 // 1. 編譯器在程序某個(gè)地方保存有這個(gè)值

ADR偽指令:

ADR的意思是：address，用來(lái)讀某個(gè)標號的地址:ADR{cond} Rd, labe1

ADR  R0,  Loop
...
Loop
    ADD  R0, R0, #1

    ;(它是“偽指令”，會(huì )被轉換成某條真實(shí)的指令，比如：)
ADD R0, PC, #val   ; loop的地址等于PC值加上或者減去val的值，val的值在鏈接時(shí)確定,
...
Loop
    ADD  R0, R0, #1

2.3 ARM匯編指令集

在《ARM Cortex-M3與Cortex-M4權威指南》一文中第5章節有詳細的指令集說(shuō)明：匯編指令可以分為幾大類(lèi)：數據處理、內存訪(fǎng)問(wèn)、跳轉、飽和運算、其他指令。

數據傳輸命令 MOV

MOV指令，用于將數據從一個(gè)寄存器拷貝到另外一個(gè)寄存器，或者將一個(gè)立即數傳遞到寄存器。

MOV指令的格式為：MOV{條件}{S} 目的寄存器，源操作數

MOV R0，R1     ;@將寄存器R1中的數據傳遞給R0，即R0=R1
MOV R0, #0X12  ;@將立即數0X12傳遞給R0寄存器，即R0=0X12

狀態(tài)寄存器訪(fǎng)問(wèn) MRS 和 MSR

MRS指令，用于將特殊寄存器(如CPSR和SPSR)中的數據傳遞給通用寄存器。

MSR指令，和MRS相反，用來(lái)將普通寄存器的數據傳遞給特殊寄存器。

;M3/M4
MRS  R0, APSR  ;單獨讀APSR
MRS  R0,  PSR  ; 讀組合程序狀態(tài)

;A7
MRS  R0, CPSR  ; 讀組合程序狀態(tài)

...
MSR CPSR,R0   ;傳送R0的內容到CPSR

存儲器訪(fǎng)問(wèn) LDR 和 STR

LDR:

LDR 指令用于從存儲器中將一個(gè)32位的字數據傳送到目的寄存器中。該指令通常用于從存儲器中讀取32位的字數據到通用寄存器，然后對數據進(jìn)行處理。

指令的格式為：LDR{條件} 目的寄存器，<存儲器地址>

當程序計數器PC作為目的寄存器時(shí)，指令從存儲器中讀取的字數據被當作目的地址，從而可以實(shí)現程序流程的跳轉。

LDRB: 字節操作

LDRH: 半字操作

LDR Rd, [Rn , #offset] ;從存儲器Rn+offset的位置讀取數據存放到Rd中。
...
LDR R0, =0X02077004 ;偽指令，將寄存器地址 0X02077004 加載到 R0 中，即 R0=0X02077004
LDR R1, [R0]        ;讀取地址 0X02077004 中的數據到 R1 寄存器中
...
LDR  R0,[R1，R2]      ;將存儲器地址為R1+R2的字數據讀入寄存器R0。
LDR  R0,[R1，＃8]     ;將存儲器地址為R1+8的字數據讀入寄存器R0。
...
LDR  R0,[R1，R2，LSL＃2]! ;將存儲器地址R1＋R2×4的字數據讀入寄存器R0，并將新地址R1＋R2×4寫(xiě)入R1。
LDR  R0,[R1]，R2，LSL＃2  ;將存儲器地址R1的字數據讀入寄存器R0，并將新地址R1＋R2×4寫(xiě)入R1。
...
LDRH  R0,[R1]      ；將存儲器地址為R1的半字數據讀入寄存器R0，并將R0的高16位清零。

STR:

STR 指令用于從源寄存器中將一個(gè)32位的字數據傳送到存儲器中。該指令在程序設計中比較常用，且尋址方式靈活多樣，使用方式可參考指令LDR。

指令的格式為：STR{條件} 源寄存器，<存儲器地址>

STRB: 字節操作，從源寄存器中將一個(gè)8位的字節數據傳送到存儲器中。該字節數據為源寄存器中的低8位。

STRH: 半字操作，從源寄存器中將一個(gè)16位的半字數據傳送到存儲器中。該半字數據為源寄存器中的低16位。

STR Rd, [Rn, #offset] ;將Rd中的數據寫(xiě)入到存儲器中的Rn+offset位置。

LDR R0, =0X02077004 ;將寄存器地址 0X02077004 加載到 R0 中，即 R0=0X02077004

LDR R1, =0X2000060c ;R1 保存要寫(xiě)入到寄存器的值，即 R1=0X2000060c

STR R1, [R0] ;將 R1 中的值寫(xiě)入到 R0 中所保存的地址中

STR R0，[R1],#8 ;將R0中的字數據寫(xiě)入以R1為地址的存儲器中，并將新地址R1＋8寫(xiě)入R1。

STR R0，[R1,#8] ;將R0中的字數據寫(xiě)入以R1＋8為地址的存儲器中。

壓棧和出棧 PUSH 和 POP

PUSH :

壓棧，將寄存器中的內容，保存到堆棧指針指向的內存上面，將寄存器列表存入棧中。

PUSH < reg list >

POP :

出棧，從棧中恢復寄存器列表

POP < reg list >

push {R0, R1}   ;保存R0,R1
push {R0~R3,R12} ;保存 R0~R3 和 R12，入棧
pop {R0~R3}       ;恢復R0 到 R3 ，出棧

以M3內核來(lái)舉個(gè)例子：

假設當前 MSP 值為 0x2000 2480；寄存器 R0 的值為 0x3434 3434 寄存器 R1 的值為 0x0000 1212 寄存器 R2 的值為 0x0000 0000

執行push {R0, R1，R2}之后，

內存地址的數據為：0x2000 2474的值為: 0x3434 3434 （R0的值） 0x2000 2478的值為: 0x0000 1212 （R1的值） 0x2000 247C的值為: 0x0000 0000 （R2的值） MSP 的值變成 0x2000 2474

高位寄存器保存到高地址，先入棧，如果是POP，數據先出到低位寄存器

跳轉指令 B 和 BL

B :

ARM 處理器將立即跳轉到指定的目標地址，不再返回原地址。

B指令的格式為：B{條件} 目標地址

注意存儲在跳轉指令中的實(shí)際值是相對當前PC值的一個(gè)偏移量，而不是一個(gè)絕對地址，它的值由匯編器來(lái)計算。

//設置棧頂指針后跳轉到C語(yǔ)言
_start:
ldr sp,=0X80200000  ;設置棧指針
b main          ;跳到 main 函數

BL :

BL 跳轉指令，在跳轉之前會(huì )在寄存器LR(R14)中保存當前PC寄存器值，所以可以通過(guò)將LR 寄存器中的值重新加載到PC中來(lái)繼續從跳轉之前的代碼處運行，是子程序調用的常用的方法。

BL loop ;跳轉到標號loop處執行時(shí)，同時(shí)將當前的PC值保存到R14中

BLX:

該跳轉指令是當子程序使用Thumb指令集，而調用者使用ARM指令集時(shí)使用。

BLX指令從ARM指令集跳轉到指令中所指定的目標地址，并將處理器的工作狀態(tài)有ARM狀態(tài)切換到Thumb狀態(tài)，該指令同時(shí)將PC的當前內容保存到寄存器R14中。

BX:

BX指令跳轉到指令中所指定的目標地址，目標地址處的指令既可以是ARM指令，也可以是Thumb指令。

算數運算指令

算數運算指令和下面的邏輯運算指令表格摘自《【正點(diǎn)原子】I.MX6U嵌入式Linux驅動(dòng)開(kāi)發(fā)指南》

邏輯運算指令