ARM 汇编指令条件执行

在ARM模式下,任何一条数据处理指令可以选择是否根据操作的结果来更新CPSR寄存器中的ALU状态标志位。在数据处理指令中使用S后缀来实现该功能。

不要在CMP,CMN,TST或者TEQ指令中使用S后缀。这些比较指令总是会更新标志位。

在Thumb模式下,所有数据处理指令都更新CPSR中的标志位。有一个例外就是:当一个或更多个高寄存器被用在MOV和ADD指令时,此时MOV和ADD不能更新状态标志.

几乎所有的ARM指令都可以根据CPSR中的ALU状态标志位来条件执行。参见表2-1条件执行后缀表。

在ARM模式下,你可以:

  • 根据数据操作的结果更新CPSR中的ALU状态标志;
  • 执行其他几种操作,但不更新状态标志;
  • 根据当前状态标志,决定是否执行接下来的指令。

在Thumb模式,大多数操作总是更新状态标志位,并且只能使用条件转移指令(B)来实现条件执行。该指令(B)的后缀和在ARM模式下是一样的。其他指令不能使用条件执行。

ALU状态标志

CPSR寄存器包含下面的ALU状态标志:

  N       Set when the result of the operation was Negative
  Z Set when the result of the operation was Zero
  C Set when the operation result in a Carry(发生进位,或借位)
  V Set when the operation caused oVerflow(操作造成溢出)
  Q ARM architecture v5E only sticky flag

2.5.2 执行条件

N,Z,C,V相关的条件码后缀如下表所列:

示例1

  ADD  r0, r1, r2              ; r0 = r1 + r2, 不更新标志位
  ADDS  r0, r1, r2      ; r0 = r1 + r2, 后缀S表示更新标志位
  ADCSS  r0, r1, r2      ; If C 标志为1,则执行r0 = r1 + r2, 且更新标志,
  CMP  r0, r1            ; CMP指令肯定会更新标志. 

示例2 求最大公约数

gcd
  CMP r0, r1    
  BEQ end    ; r0 = r0 结束程序
  BLT less    ; r0 < r1 跳转至 less
  SUB r0, r0, r1  ; r0 > r1时 r0 = r0 - r1
  B gcd  ; 条件都不满足是继续循环
less
  SUB r1, r1, r0    ; r0 < r1 r1 = r1 - r0
  B gcd
end

示例3

MAIN
  mov r1, #
  mov r2, #
  cmp r1, r2
  beq FUNC      ;if(eq) b FUNC => 实质:if(z == 1) b FUNC
  bne FUNC    ;实质:if(z == 0) b FUNC
  mov r3, #
  mov r4, #
FUNC
  mov r5, #
  mov r6, #

寻址方式 

基地址变址寻址方式

种类 格式 模式
1 [Rn, #±<offset_12]> 立即数前索引寻址
2 [Rn, ±Rm] 寄存器前索引寻址
3 [Rn, Rm, <shift>#<offset_12>] 寄存器位移的前索引寻址
4 [Rn, #±<offset_12>]! 立即数自动索引寻址
5 [Rn, ±Rm]! 寄存器自动索引寻址
6 [Rn, Rm, <shift<#<offset_12>]! 寄存器移位的自动索引寻址
7 [Rn], #±<offset_12> 立即数后索引寻址
8 [Rn], ±<Rm> 寄存器后索引寻址
9 [Rn], ±<Rm>, <shift>#<offset_12> 带移位的寄存器后索引寻址

寄存器前索引寻址

  mov r0, #0x40000000
  mov r1, #0xF000000F
  str r1, [r0, #]  ;将 r1 中的数据存储到地址为 r0 + 4 的内存空间中

寄存器移位的前索引寻址

  mov r2, #
  str r1, [r0, r2, lsl #]  ;将 r1 中的数据存储到地址为 r0 + (r2 << 1)的内存空间中

寄存器后索引寻址

  str r1, [r0], #  ;将 r1 中的数据存储到地址为 r0 的内存空间中,然后 r0 = r0 + 4

寄存器自动索引寻址 

str r1, [r0, #]!  ;将 r1 中的数据存储到 r0 + 4 的内存空间中, 然后 r0 = r0 + 4

 多寄存器寻址/块拷贝寻址  LDM STM

对栈进行操作是,使用较多  比如说 用 IA 自动索引寻址存,就用 DB 自动索引读

Load/Store指令

Load/store是一组内存访问指令,用来在ARM寄存器和内存之间进行数据传送,ARM指令中有3种基本的数据传送指令。

  1. 单寄存器 Load/Store 内存访问指令(single register):这些指令为ARM寄存器和存储器提供了更灵活的单数据项传送方式。数据可以使字节,16位半字或32位字
  2. 多寄存器 Load/Store 内存访问指令:可以实现大量数据的同时传送,主要用于进程的进入和退出、保存和恢复工作寄存器以及复制寄存器中的一片(一块)数据
  3. 但寄存器交换指令(single register swap): 实现寄存器数据和内存数据进行交换,而且是在一条指令中完成,执行过程中不会受到中断干扰

单寄存器Load/Store指令

LDR指令:用于从内存中将一个32位的字读取到目标寄存器  指令格式  LDR{<cond>} <Rd>, <addr_mode>

;指令举例
  LDR R1, [R0, #0x12]  ;将R0 + 12地址处的数据读出,保存到R1中(R0保持不变)
  LDR Rd,[Rn], #0x04 ;立即数后索引寻址,Rn的值用作传输数据的存储地址。在数据传送后,将偏移量 0x04 与Rn相加,记过写回到 Rd中

STR指令:用于将一个32位的字节数据写入到指令中指定的内存单元  指令格式  STR{<cond>} <Rd>,<addr_mode>

;LOAD/STORE指令
;向内存写入数据 STR
mov r0, #
mov r1, #ff000000
str r1, [r0]  ;用于将一个32位的字数据写入到指令指定的内存单元(以 r0 值为起始地址的 4byte 内存单元)
strb r1, [r0]  ;将r1 中的 [7:0]存储到 r0 对应的内存空间
strh r1, [r0]  ;将r1 中的 [15:0]存储到 r0 为起始地址的两个字节的内存空间
          ;在对数据进行操作时,应根据数据本身的属性(几个字节)进行操作

多寄存器Load/Store指令

LDM指令:实现数据从连续的内存单元中读取到指令指定的寄存器列表中。值得注意的是 LDM指令和STM指令:序号的寄存器对应内存中高地址的数据

指令格式: LDM{<cond>}<addressing_mode> <Rn>{!}, <registers>

STM指令:实现将指令中寄存器列表里的数值写入到一块连续的内存单元之中

指令格式: STM{<cond>} <addressing_mode> <Rn>{!}, <register>

LDM/STM <cond>的几种寻址方式:

  格  式 地址变化格式  
1 IA(Increment After) 后递增方式 先存储后增长
2 IB(Increment Before) 先递增方式 现增长后存储
3 DA(Decrement After) 后递减方式 先存储后递减
4 DB(Decrement Before) 先递减方式 先递减后存储

   

mov r0, #0x40000000
  mov r1, #
  mov r2, #
  mov r3, #
  ldm r0, {r1-r3}
  stm r0, {r1-r3}  ;将 r1 - r3 寄存器(连续寄存器)中的数据存储到 以 r0 位起始地址的内存空间中
  stm r0, {r3, r1}   ;将 r1 、 r3 寄存器(不连续寄存器)中的数据存储到 以 r0 位起始地址的内存空间中
            ;批量操作时,低编号的寄存器数据对应内存中的低地址
  stm r0!, {r1-r3}  ;寄存器批量存储,也适用自动索引寻址, 操作完成后   r0 = r0 + (寄存器个数)*4

跳转指令

B和BL跳转指令

MAIN
  mov r0, #
  mov r1, #
  mov lr, pc  ;B 指令不会自动保存 PC;手动保存返回地址、当前PC
  b lable    ;跳转到标号 FUNC (标号的实质是地址)
  mov r3, r0
FUNC
  sub r0, r1, r0
  mov pc,lr  ;返回主程序继续执行

跳转指令是改变指令执行顺序的标准方式 (控制流指令)

B 和 BL 指令都是 相对跳转(短跳转) 指令,通过偏移量跳转, 最大跳转距离是 ±32M

使用 mov pc, <>可以实现 对跳转(长跳转)(不会保存当前 PC 值)

关于B指令和BL指令最大跳转距离是 ±32M:

  ARM汇编每条指令占用 4byte,生成机器码 B 、BL存放在bits[31:24], bits[23:0]是立即数空间,可以表示 2^24个地址。由于每条汇编指令占用4byte字节(最低两位都为 0),因此可以使用 24位二进制数来表示 26 位的寻址空间。

B指令和BL指令的区别

  • B指令在使用时不会对当前 PC 值进行保存,为保证跳转指令执行后能正常返回,要手动对其进行保存
  • BL (带连接的跳转指令)能够在跳转时对当前 PC 值自动进行保存

带状态切换的跳转指令 BX

不会保存跳转前 PC 值 ±32M范围

带状态切换(ARM&Thmub)的跳转指令BX  ,语法格式:BX{<cond>} <Rm> ,使程序跳转到指令中参数 Rm 指定的地址进行执行。并将 Rm 的第 0 位复制到 CPRS 中的 T 位, bit[31: 1]存入PC。

   PC也可以作为 Rm 寄存器使用,当PC作为 Rm 使用时,指令 BX PC 便跳转到当前指令下面第 2 条指令出执行(三级流水线:当前正在执行的指令地址为 PC - 8,正在译码的指令为 PC - 4, 正在取指的指令是 PC)。但这种方式不值得推荐,最好使用下面的方式完成这种跳转。

  mov pc, pc
;或者
  add pc, pc, #

带状态切换的连接跳转指令

与BX功能一致,但会自动保存跳转时的 PC 值,语法格式: BLX <target_add> 。target_add为指令的跳转目标地址,该地址是一个立即数

状态(寄存器)操作指令

ARM指令集提供了两条指令(MSR,MRS),用来操作状态寄存器PSR

MRS指令,语法格式 MRS {cond} Rd, PSR 用于把CPSR或SPSR的值传送到一个寄存器;

MSR指令,语法格式 MSR {cond} PSR_filed, #immed_8r 或 MSR {cond} PSR_filed, Rm 用于把一个寄存器的值或一个立即数传送到CPSR或SPSR;使用这两条只能可以实现对程序状态寄存器的状态修改操作。

  在使用MSR指令对PSR进行修改操作时,要通过field设置状态寄存器需要操作的域。状态寄存器的32位被分为4个8位的域(filed)分别为:bits[31:24]条件域,用 F 表示; bits[23: 16]状态域,用 S 表示;bits[15:8]预留域,用 X 表示;bits[7:0]控制域,用 C 表示。

;程序举例:是能IRQ中断
ENABLE_IRQ
  MRS  R0,CPSR  
  BIC   R0,R0,#  ;将CPSR bit7 I 清零,是能IRQ
  MSR  CPSR_c,R0  ;典型的读-改-回写操作
  MOV   PC,LR

异常产生指令

ARM指令集提供了两条产生异常的指令(中断指令 SWI,断点中断指令 BKPT),通过这两条指令可以用软件的方法实现异常。

中断指令

软件中断指令 SWI (software Interrupt)用于产生软中断,实现从用户模式切换到管理模式,CPSR保存到管理模式的 SPSR 中,执行转移到 SWI 向量。

语法格式 SWI {<cond>} <immed_24>  immed_24 为中断号

栈:按增长方向分为 递增栈;递减栈

按压栈操作顺序(sp位置)分为;满栈和空栈

满栈(FULL):sp指向栈顶元素

空栈(EMPTY):sp指向栈顶元素相邻位置

根据栈的不同分类,将其寻址方式分为以下4种

1)满递减 FD(Full Descending)

2)空递减 ED(Empty Descending)

3)满递增 FA(Full Asceding)

4)空递增 EA(Empty Ascending)

习惯上大都使用满减栈。

压栈出栈的几种操作方式 

  ;初始化栈 
  mov sp, #0x40000018
MAIN
  mov r0, #
  mov r1, #
  bl FUNC          
  add r2, r0, r1
FUNC
  ;压栈保护现场
  stmfd sp!, {r0, r1}
  mov r0, #
  mov r1, #
  sub r2, r1, r0
  ;出栈恢复现场
  ldmfd sp!, {r0, r1}
  mov pc, lr   ;初始化栈 
MAIN
  mov r0, #
  mov r1, #
  bl FUNC          
  add r2, r0, r1
FUNC
  ;压栈保护现场
  stmfd sp!, {r0, r1, lr}
  mov r0, #
  mov r1, #
  sub r2, r1, r0
  ;出栈恢复现场
  ldmfd sp!, {r0, r1, pc}  

swp r0, r1, [r2]
 ;将r0中的数据放入内存地址是r2的地址空间,同时将r2中的值放入r1寄存器
 ;处理器与内存之间进行数据交换  交换过程不会被打断

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