ARM组合语言程式设计

1ARM組合語言程式設計2ARM微處理器指令優點小晶片的面積低功耗ARM架構還採用了一些特別的技術，在性能的前提下儘量縮小晶片的面積，並降低功耗。條件式指令所有的指令都可根據前面的執行結果決定是否被執行，從而提高指令的執行效率。連續存取資料可用載入/存儲指令連續傳輸資料，以提高資料的傳輸效率。同時完成邏輯處理和移位元可在一條資料處理指令中同時完成邏輯處理和移位處理。自動增減迴圈在迴圈處理中使用位址的自動增減來提高執行效率。3ARM微處理器的指令ARM兩種指令集ARM指令為32位元的長度，Thumb指令為16位元長度。Thumb指令集為ARM指令集的功能子集，但與等價的ARM程式碼相比較，可節省30%～40%以上的存儲空間。4ARM處理器模式ARM架構支援7種處理器模式。模式改變在軟體控制下可以改變模式外部中斷或例外處理也可以引起模式發生改變。大多數應用程式在使用者模式下執行。當處理器工作在使用者模式時，正在執行的程式不能存取某些被保護的系統資源，也不能改變模式，除非例外(exception)發生。5ARM支援的7種工作模式處理器模式說明User(usr)正常程式執行模式FIQ(fiq)支援高速資料般移或通道處理IRQ(irq)用於通用中斷處理Supervisor(svc)作業系統保護模式Abortmode(abt)實現虛擬記憶體和/或記憶體保護Undefined(und)支援硬體輔助運算器的軟體仿真System(sys)執行特權作業系統工作6ARM微處理器的暫存器結構ARM處理器共有37個暫存器，被分為若干個組(BANK)，這些暫存器包括：31個通用暫存器。包括程式計數器（PC指標）。6個程式狀態暫存器用以標識CPU的工作狀態及程式的執行狀態，均為32位元，目前只使用了其中的一部分。ARM處理器有7種不同的處理器模式在每一種處理器模式下均有一組相應的暫存器與之對應。7ARM暫存器1）不分組暫存器R0~R7R0~R7是不分組暫存器。這意味著在所有處理器模式下，它們每一個都存取一樣的32位元暫存器。它們是真正的通用暫存器，沒有架構所隱含的特殊用途。2）分組暫存器R8~R14R8～R14是分組暫存器。它們每一個存取的實體暫存器取決於當前的處理器模式。若要存取特定的實體暫存器而不依賴當前的處理器模式，則要使用規定的各字。暫存器R8~R12各有兩組實體暫存器：一組為FIQ模式，另一組為除了FIQ以外的所有模式。暫存器R8~R12沒有任何指定的特殊用途。只是使用R8~R14來簡單地處理中斷。暫存器R13,R14各有6個分組的實體暫存器。1個用於使用者模式和系統模式，其他5個分別用於5種例外模式。暫存器R13通常用做堆疊指標，稱為SP(StackPointer)，每種例外模式都有自己的R13。暫存器R14用作副程式鏈結暫存器，也稱為LR(。3)程式計數器R15暫存器R15用做程式計數器(PC)。8ARM暫存器9程式狀態暫存器(ProgramStatusRegister)有一個CurrentProgramStatusRegister(CPSR)在所有處理器模式下都可以存取當前的程式狀態暫存器CPSR。CPSR包含條件碼旗標，中斷禁止位元，當前處理器模式以及其他狀態和控制資訊。有五個SavedProgramStatusRegisters(SPSRs)每種例外模式都有一個程式狀態保存暫存器SPSR。SPSR用於保留CPSR的狀態。10程式狀態暫存器條件碼旗標：N，Z，C，V大多數指令可以測試這些條件碼旗標以決定程式指令如何執行控制位元：最低8位元I，F，T和M位元用做控制位元。當例外出現時改變控制位元。當處理器在特權模式下也可以由軟體改變。中斷禁止位元：I置1則禁止IRQ中斷。F置1則禁止FIQ中斷。T位元：T=0指示ARM執行。T=1指示Thumb執行。在這些架構系統中，可自由地使用能在ARM和Thumb狀態之間切換的指令。模式位元：M0,M1,M2,M3和M4(M[4:0])是模式位元.這些位元決定處理器的工作模式。11PSRMode位元與可使用暫存器12ARM和Thumb之間狀態的切換ARM處理器可在兩種工作狀態之間切換。在Thumb狀態下，程式計數器PC使用位元1選擇另一個半字。ARM和Thumb之間狀態的切換不影響處理器的模式或暫存器的內容。進入Thumb狀態。當運算元暫存器的狀態位元0為1時，執行BX指令進入Thumb狀態。如果處理器在Thumb狀態進入例外，則當例外處理（IRQ，FIQ，Undef，Abort和SWI）返回時，自動切換到Thumb狀態。當運算元暫存器的狀態位元0為0時，執行BX指令進入ARM狀態。處理器進行例外處理(IRQ，FIQ，Undef，Abort和SWI)，從例外向量位址開始執行也可以進入ARM狀態。13Thumb指令及應用Thumb指令集是ARM指令集的一個子集，允許指令編碼為16位元的長度。Thumb指令集在保留32程式碼優勢的同時，大大的節省了系統的存儲空間。大多數的Thumb指令是無條件執行的。大多數的Thumb資料處理指令的目的暫存器與其中一個來原暫存器相同。Thumb指令與ARM指令的時間效率和空間效率關係為：Thumb程式碼所需的存儲空間約為ARM程式碼的60％～70％Thumb程式碼使用的指令數比ARM程式碼多約30％～40％若使用32位的記憶體，ARM程式碼比Thumb程式碼快約40％若使用16位的記憶體，Thumb程式碼比ARM程式碼快約40％～50％與ARM程式碼相比較，使用Thumb程式碼，記憶體的功耗會降低約30％若對系統的性能有較高要求，應使用32位元的存儲系統和ARM指令集。若對系統的成本及功耗有較高要求，則應使用16位元的存儲系統和Thumb指令集。14Thumb與ARM和暫存器的比較R0R1R2R3R4R5R6R7SPLRPCCPSRSPSRR0R1R2R3R4R5R6R7R8R9R10R11R12SP（R13）LR(R14)PC(R15)CPSRSPSR高暫存器Thumb狀態ARM狀態低暫存器15Thumb狀態的暫存器集Thumb狀態下的暫存器集是ARM狀態下暫存器集的子集。程式師可以直接存取8個通用的暫存器(R0~R7)，PC,SP,LR和CPSP。每一種特權模式都有一組SP,LR和SPSR。Thumb狀態的R0~R7與ARM狀態的R0~R7是一致的。Thumb狀態的CPSR和SPSR與ARM狀態的CPSR和SPSR是一致的。Thumb狀態的SP映射到ARM狀態的R13。Thumb狀態的LR映射到ARM狀態的R14。Thumb狀態的PC映射到ARM狀態的PC（R15）。16Thumb暫存器17ARM記憶體格式BIG-ENDIANLITTLE-ENDIAN18ARM指令格式(InstructionFormat)及種類19ARM指令及功能描述助記符指令功能描述ADC帶進位元加法指令ADD加法指令AND邏輯與指令B跳移指令BIC位元清零指令BL帶返回的跳移指令BLX帶返回和狀態切換的跳移指令BX帶狀態切換的跳移指令CDP輔助運算器資料操作指令CMN比較反值指令CMP比較指令EOR互斥指令LDC記憶體到輔助運算器的資料傳輸指令LDM載入多個暫存器指令LDR記憶體到暫存器的資料傳輸指令MCR從ARM暫存器到輔助運算器暫存器的資料傳輸指令MLA乘加運算指令MOV資料般移指令20ARM指令及功能描述助記符指令功能描述MRC從輔助運算器暫存器到ARM暫存器的資料傳輸指令MRS般移CPSR或SPSR的內容到通用暫存器指令MSR般移通用暫存器到CPSR或SPSR的指令MUL32位元乘法指令MLA32位元乘加指令MVN資料取反般移指令ORR邏輯或指令RSB逆向減法指令RSC帶借位的逆向減法指令SBC帶借位減法指令STC輔助運算器暫存器寫入記憶體指令STM連續記憶體字寫入指令STR暫存器到記憶體的資料傳輸指令SUB減法指令SWI軟體中斷指令SWP交換指令TEQ相等測試指令TST位元測試指令21指令的條件碼條件碼助記符尾碼旗標含義0000EQZ置位相等0001NEZ清零不相等0010CSC置位無符號數大於或等於0011CCC清零無符號數小於0100MIN置位負數0101PLN清零正數或零0110VSV置位溢出0111VCV清零未溢出1000HIC置位Z清零無符號數大於1001LSC清零Z置位無符號數小於或等於1010GEN等於V帶符號數大於或等於1011LTN不等於V帶符號數小於1100GTZ清零且（N等於V）帶符號數大於1101LEZ置位或（N不等於V）帶符號數小於或等於1110AL忽略無條件執行22ARM指令的定址方式立即定址(ImmediateAddressing)暫存器定址(RegisterAddressing)暫存器間接定址(RegisterIndirectAddressing)基址變址定址(IndexAddressing)多暫存器定址(MultipleRegisterAddressing)堆疊定址(StackAddressing)23ARM指令的定址方式-立即定址立即定址也叫立即數定址，這是一種特殊的定址方式，運算元本身就在指令中給出，只要取出指令也就取到了運算元。這個運算元被稱為立即數，對應的定址方式也就叫做立即定址。例如以下指令：在以上兩條指令中，第二個源運算元即為立即數，要求以“＃”為首碼，對於以十六進位表示的立即數，還要求在“＃”後加上“0x”或“&”。ADDR0，R0，＃1；R0←R0＋1ADDR0，R0，＃0x3f；R0←R0＋0x3f24ARM指令的定址方式-暫存器定址暫存器定址就是利用暫存器中的數值作為運算元，這種定址方式是各類微處理器經常採用的一種方式，也是一種執行效率較高的定址方式。以下指令：該指令的執行效果是將暫存器R1和R2的內容相加，其結果存放在暫存器R0中。ADDR0，R1，R2；R0←R1＋R225ARM指令的定址方式-暫存器間接定址暫存器間接定址就是以暫存器中的值作為運算元的位址，而運算元本身存放在記憶體中。例如以下指令：第一條指令將以R1的值為位址的記憶體中的資料般移到R0中。第二條指令將R0的值般移到以R1的值為位址的記憶體中。LDRR0，[R1]；R0←[R1]STRR0，[R1]；[R1]←R026ARM指令的定址方式-基址變址定址基址變址定址就是將暫存器（該暫存器一般稱作基址暫存器）的內容與指令中給出的位址偏移量相加，從而得到一個運算元的有效位址。變址定址方式常用於存取某基底位址附近的位址單元。採用變址定址方式的指令常見有以下幾種形式，如下所示：在第一條指令中，將暫存器R1的內容加上4形成運算元的有效位址，從而取得運算元存入暫存器R0中。在第二條指令中，將暫存器R1的內容加上4形成運算元的有效位址，從而取得運算元存入暫存器R0中，然後，R1的內容自增4個位元組。在第三條指令中，以暫存器R1的內容作為運算元的有效位址，從而取得運算元存入暫存器R0中，然後，R1的內容自增4個位元組。在第四條指令中，將暫存器R1的內容加上暫存器R2的內容形成運算元的有效位址，從而取得運算元存入暫存器R0中。LDRR0，[R1，＃4]；R0←[R1＋4]LDRR0，[R1，＃4]！；R0←[R1＋4]、R1←R1＋4LDRR0，[R1]，＃4；R0←[R1]、R1←R1＋4LDRR0，[R1，R2]；R0←[R1＋R2]27ARM指令的定址方式-多暫存器定址採用多暫存器定址方式，一條指令可以完成多個暫存器值的般移。這種定址方式可以用一條指令完成般移最多16個通用暫存器的值。以下指令：該指令的尾碼IA表示在每次執行完載入/存儲操作後，R0按字長度增加，因此，指令可將連續存儲單元的值般移到R1～R4。LDMIAR0，{R1，R2，R3，R4}；R1←[R0