ARM汇编编程基础(二) -- 基本寻址方式与基本指令
来源:互联网 发布:安卓改机软件 编辑:程序博客网 时间:2024/05/22 17:29
本系列文章节选自本人所著《深入浅出嵌入式底层软件开发》。
要想进行ARM的汇编编程,首当其冲要知道最基本、最常用的指令,而要了解指令则必须要了解寻址方式。所以这里将聚焦在——基本寻址方式和基本指令。
首先,来看一看我们已经见过的2条指令:MOV pc, lr和BL addsub
最简单的汇编指令格式是操作码(例如:MOV、BL)和操作数(例如:pc, lr, addsub)。操作码易于理解,例如MOV表示将某个值从一处传送到另一处,BL表示跳转到某处;而操作数则表示一处和另一处到底是哪里(是在寄存器中还是内存中),要跳转的位置在哪里(或者是绝对地址或者是相对地址)。
操作数部分要解决的问题是:到哪里去获得操作数?因此就有了寻址方式的分类。基本上来讲,ARM共有8种寻址方式,这里我们先了解其中最基本的3种寻址方式:寄存器寻址、立即数寻址、寄存器间接寻址。
1.2.1最常见寻址方式精解
1. 寄存器寻址
MOV pc, lr 表示操作数来源于寄存器(pc和lr)。对于这种寻址方式而言,在指令的32位机器码中的地址码部分,存放的是寄存器(pc和lr)的编号,故称之为寄存器寻址。
2. 立即数寻址
MOV pc, #64 表示将常数64放入寄存器pc,其中常数64被称为立即数。立即数寻址指令中的地址码部分就是操作数本身,也就是说,数据就包含在指令当中,取出指令也就取出了可以立即使用的操作数(故称为立即数)。
这里,可能大家会看出一个问题:由于立即数是位于32位机器码中的,而32位机器码中除了操作数外还有操作码,这就意味着不可能用全部32bit来表示立即数。事实上,ARM机器指令中,仅用了最低的12bit来表示立即数。那么我们自然推论立即数的范围是-2048——2047,这意味着MOV pc, #8192这样的指令是非法的。但事实情况并非如此,MOV pc,#8192是合法且能正常运行的。真实情况是,ARM机器指令可以表示的立即数范围是-2^31--2^31-1,只不过它只能表示这其中的 2^12个数字而已。ARM是这样用12bit来表示一个立即数的:将12bit划分为2部分——高4位和低8位,将低8位补0扩展为32位,然后循环右移 X位(X = 高4位表示的无符号整数*2),例如:如果32位机器码中低12bit为0x512,则其表示的立即数为0x04800000
图1 - 4 12bit立即数
这里,请大家不妨现在先思考2个问题,我们将在后续章节中予以解答:
(1) 为什么ARM要这样设计,而不是按照我们最常见的想法(即:12bit就表示-2^11 --2^11-1中的数)
(2) 如果我们需要mov r0, #10000这样的指令,应该怎么办?(常数10000不能按照如上的方法进行表示)
3. 寄存器间接寻址
寄存器间接寻址指令中的地址码给出的是一个通用寄存器的编号,所需的操作数保存在寄存器指定地址的存储单元中,即寄存器中存放的是操作数的内存地址。例如:
LDR R0, [R2]表示将R2中存放的数作为内存地址,到该内存处取出存放的数,放到寄存器R0中
图1 - 5 执行LDRR0, [R2]前的情况 图1 -6 执行LDRR0, [R2]后的情况
1.2.2最常见指令精解
了解了基本的寻址方式后,我们现在来看一看最常用的汇编指令
1. 单寄存器加载指令。主要有
加载字指令:LDR r0, [r1],将内存中的一个字(4个字节)加载到寄存器r0中
加载字节指令:LDRB r0, [r1],将内存中的一个字节加载到寄存器r0中
有符号数加载字节指令:LDRSB r0, [r1],这条指令与上一条指令的不同之处在于,由于加载的是一个字节,而不是一个字,所以需要确定寄存器r0的高24bit是什么。对于上一条指令,r0的高24bit补0,而本条指令,r0的高24bit补符号位,也就是补r0的bit7
2. 单寄存器存储指令。主要有
存储字指令:STR r0, [r1],将r0中的值存储到内存的4个字节中
存储字节指令:STRB r0, [r1],将r0的低8bit存储到内存的1个字节中
3. 分支指令,共3条:B、BL、BX
B label :跳转到标号label处,也就是说在该条b指令执行后,下一条执行的指令是标号label处的指令。
BL label :与B指令的功能相同,也实现跳转,不同之处在于,bl在跳转的同时还要将返回地址(bl指令的下一条指令的地址)保存到lr中
BX r0 :将r0的值作为地址,跳转到该地址处,并根据r0的值决定是否在ARM和thumb态之间进行切换。
特别说明:
B和BL指令,其跳转范围限制在当前指令的±32M字节地址内(ARM指令为字对齐,最低2位地址固定为0)。
4. 数据处理指令
MOV r0, r1:将r1的值赋给r0
ADD(SUB) r0, r1, r2:将r1的值加上(减去)r2的值,结果存放到r0中
AND(ORR, EOR) r0, r1, r2:将r1的值与(或、异或)r2的值,结果存放到r0中
CMP r1, r2:比较r1与r2值的大小
特别需要说明的问题:
指令CMP r1,r2,其运行细节是:执行r1 - r2的操作,如果结果为负数,则置位CPSR的N位,清零Z位;结果为0,则清零CPSR的N位,置位Z位;结果为正,则清零CPSR的N位,清零Z位。但r1 - r2的结果并不保存。CMP指令通常用于分支跳转。例如,如下的C程序
int i,j;
if (i = = j) {
i++;
} else {
j++;
}
如果使用汇编语句改写的话,就应该写为:
使用ldr指令将变量i的值放入r0
使用ldr指令将变量j的值放入r1
cmp r0, r1
addeq r0, r0, #1
使用streq指令将r0的值放入变量i中
beq label
add r1, r1, #1
使用str指令将r1的值放入变量j中
label 其它代码
……
其中addeq, streq, beq这几条指令,是add, str, b指令的条件执行版本。讲到这里就不得不讲解一下什么是条件执行了。ARM指令集的所有指令均支持条件执行,条件执行指的是,指令可以根据自己即将被执行时的情况(CPSR的条件代码标志位)决定自身是否被执行。eq表示如果CPSR的Z位为1(对于本程序,实际上就是r0的值与r1的值相等,因为cmp会根据 r0与r1的值设置Z位)的情况下,该指令要执行,否则不执行。
其它条件助记符如下:
表1 - 2 条件助记符
条件助记符
标志
含义
EQ
Z=1
相等
NE
Z=0
不相等
CS/HS
C=1
无符号数大于或等于
CC/LO
C=0
无符号数小于
MI
N=1
负数
PL
N=0
正数或零
VS
V=1
溢出
VC
V=0
没有溢出
HI
C=1,Z=0
无符号数大于
LS
C=0,Z=1
无符号数小于或等于
GE
N=V
有符号数大于或等于
LT
N!=V
有符号数小于
GT
Z=0,N=V
有符号数大于
LE
Z=1,N!=V
有符号数小于或等于
AL
任何
无条件执行 (指令默认条件)
NV
任何
从不执行(不要使用)
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