# Arm笔记 arm汇编语言笔记 ## 体系结构 参考文件 [arm指令手册1](./source/arm%E6%8C%87%E4%BB%A4%E6%89%8B%E5%86%8C1.pdf) [arm指令手册2](./source/arm%E6%8C%87%E4%BB%A4%E6%89%8B%E5%86%8C2.pdf) [arm指令手册3](./source/arm%E6%8C%87%E4%BB%A4%E6%89%8B%E5%86%8C3.pdf) ### 相关术语 + 流水线 + DSP + Jazelle + ThumbEE + Thumb-2 + TrustZone + VFP + NEON + LAPE + big.LITTLE ### 工具链 | 文件名 | 详解 | | --------- | ---------------------------- | | addr2line | 把程序地址转化为文件名和行号 | | ar | 建立、修改和提取归档文件 | | as | 汇编编译器 | | ld | 链接器 | | nm | 列出文件的符号 | | objcopy | 文件个数格式转换 | | objdump | 反汇编 | | ranlib | 产生索引,并且保存进入文件中 | | readelf | 显示elf文件信息 | | size | 列出文件大小 | | string | 打印文件可打印字符串 | | strip | 丢弃文件符号 | 交叉工具链测试 ```shell arm-none-eabi-addr2line arm-none-eabi-gdb arm-none-eabi-ar arm-none-eabi-gdb-add-index arm-none-eabi-as arm-none-eabi-gfortran arm-none-eabi-c++ arm-none-eabi-gprof arm-none-eabi-c++filt arm-none-eabi-ld arm-none-eabi-cpp arm-none-eabi-ld.bfd arm-none-eabi-dwp arm-none-eabi-ld.gold arm-none-eabi-elfedit arm-none-eabi-lto-dump arm-none-eabi-g++ arm-none-eabi-nm arm-none-eabi-gcc arm-none-eabi-objcopy arm-none-eabi-gcc-10.2.1 arm-none-eabi-objdump arm-none-eabi-gcc-ar arm-none-eabi-ranlib arm-none-eabi-gcc-nm arm-none-eabi-readelf arm-none-eabi-gcc-ranlib arm-none-eabi-size arm-none-eabi-gcov arm-none-eabi-strings arm-none-eabi-gcov-dump arm-none-eabi-strip arm-none-eabi-gcov-tool ``` ### ARMv7处理器模式 | 模式 | 编码 | 功能 | 安全 | 优先级 | | ---------------- | ----- | ----------------------------- | ---------- | ------ | | User (USR) | 10000 | 大多数运行的非特权模式 | Both | PL0 | | FIQ | 10001 | FIQ中断 | Both | PL1 | | IRQ | 10010 | IRQ中断 | Both | PL1 | | Supervisor (SVC) | 10011 | 设备重启或者SVC指令 | Both | PL1 | | Monitor (MON) | 10110 | 安全扩展实现 | only | PL1 | | Abort (ABT) | 10111 | 内存权限异常 | Both | PL1 | | Hyp (HYP) | 11010 | 虚拟化扩展实现. | Non-secure | PL2 | | Undef (UND) | 11011 | 未定义指令调用 | Both | PL1 | | System (SYS) | 11111 | 特权模式,与用户模式共享寄存器 | Both | PL1 | 不同的处理器模式上寄存器共享的情况 ![ARM处理器](https://raw.githubusercontent.com/mengdemao/picture/master/ArmRegisterSet.png) ### 指令条件码 指令条件码由`CPSR/SPSR`同时确定 ![image-20221007201037402](picture/image-20221007201037402.png) ## 寻址方式 + 立即数寻址 + 寄存器寻址 + 寄存器间接寻址 + 寄存器偏移寻址 + 寄存器基址变址寻址 + 批量寄存器寻址 + 相对寻址 + 堆栈寻址 + 块拷贝寻址 ### 立即数寻址 立即数为操作数,其中立即数前面加上`#` ```asm ;; 立即数寻址 mov r0, #0 ; r0 = 0 mov r1, #64 ; r1 = 64 ``` ### 寄存器寻址 ### 寄存器偏移寻址 寄存器寻址就是直接将寄存器中的数值作为操作数 | 指令 | 作用 | | ---- | ----| | LSL | Logical Shift Left by 1-31 bits.| | LSR | Logical Shift Right by 1-32 bits. | | ASR | Arithmetic Shift Right by 1-32 bits. | | ROR | Rotate Right by 1-31 bits.| | RRX | Rotate Right with Extend. | ```asm mov r0, r1 ; r0 = r1 mov r1, #12 ; r1 = 12; mov r0, r1, LSL #3 ; r0 = r1 << 3 = 512 mov r0, r1, LSR #3 ; r0 = r1 >> 3 = 8 mov r0, r1, ASR #3 ; r0 = r1 >> 3 = 8 不改写符号位 mov r0, r1, ROR #3 ; r1 = 0x80000001 mov r0, r1, RRX ; r0 = r1 >> 1 | 空位 = C ``` ### 寄存器间接寻址 获取内存地址中的数据,需要使用`LDR/STR`操作符; 首先确定,RAM的地址范围; 打开`simulator->Memory Configuration` ![RAM地址范围](picture/2022-10-07_16-18-50.png) 可以得到RAM的地址0x00900000 --> 0x0097FFFF, ```asm ldr r0, =0x123 ;; r0 = 0x123 ldr r1, =0x900000 ;; r1 = 0x900000 str r0, [r1] ;; *((unsigned long *)r1) = r0; mov r0, 0 ;; r0 = 0 ldr r0, [r1] ;; r0 = *((unsigned long *)r1) ``` 但是此时只能得到一些奇怪的数据,那如何确定程序是运行正常的? ```assembly ;; 读取异常地址,看看是否会崩溃 ;; 如果获取一个异常的地址, ;; 看看会发生什么? ldr r1, =0x00980000 ldr r0, [r1] ``` 程序立即崩溃, 我们的测试是正确的; ![image-20221007163149155](picture/image-20221007163149155.png) ### 寄存器基址变址寻址 ```assembly LDR R0, [R1,#0X0F] ;; R0 = *(unsigned long *)(R1 + 0x0f) LDR R0, [R1],#4 ;; R0 = *(unsigned long *)(R1 + 0x04) LDR R0, [R1,R2] ;; R0 = *(unsigned long *)(R1 + R2) ``` ### 批量寄存器寻址 批量寻址来自于批量操作符`STM/LDM`, ```assembly LDMIA R0,{R1,R2,R3,R4} STMIA R0,{R3-R5,R10} ``` ### 堆栈寻址 ```assembly LDMFD SP!,{R1-R7,LR} STMFD SP!,{R1-R7,LR} ``` ## 指令集 ### 跳转指令 > 跳转指令可以向前后32M地址跳转 > 跳转为24位长有符号数据 + B: 绝对跳转 + BL: 带返回的跳转 + BLX: 带返回和状态切换的跳转 + BX: 状态切换的跳转 B(跳转) L(设置链接寄存器) X(切换arm/thumb状态) 跳转指令的详细解释: add pc, pc, #跳转地址 ```assembly ;; 跳转指令 B label_jump_B label_jump_B: mov pc, lr ;; 但是此时编译会报错,需要状态切换 BX label_jump_BX label_jump_BX: BL label_jump_BL label_jump_BL: BLX label_jump_BLX label_jump_BLX: ``` ### 数据处理指令 #### 数据传送指令 + mov: 直接传送 + mvn: 取反码传送 ```assembly mov r0, #12 ;; R0 = 0x0000000C mvn r1, #12 ;; R1 = 0xFFFFFFF3 ``` #### 比较指令 + cmp + cmn + tst + teq ```assembly cmp r0, r1 ;; r0 - r1 ==> NZCV cmn r0, r1 ;; r0 + r1 ==> NZCV tst r0, r1 ;; r0 & r1 ==> NZCV ``` 比较指令会影响到NZCV标志 N -> Negative 负数 Z -> Zero 零 C -> Carry 进位 V -> oVerflow 溢出 #### 加减法 + add + sub + rsb + adc + sbc + rsc ```assembly ``` #### 逻辑运算 + and + bic + eor + orr ```assembly ``` ### 乘法指令 + mul + mla + smull + umull + umlal ### 杂项算数指令 + clz ### 状态寄存器 + mrs: 状态寄存器到通用寄存器 + msr: 通用寄存器到状态寄存器 ### 内存操作指令 + ldr/str + ldm/stm ### 信号量操作指令 > 原子操作指令 + swp + swpb ### 异常与中端指令 + swi + bkpt ### 协处理器指令 + cdp + ldc + stc + mcr + mrc ### NEON指令 > 16个NEON寄存器(128bit), Q0-Q15(同时也可以被视为32个64bit的寄存器,D0-D31) ### VFP指令 + 16个VFP寄存器(32bit),S0-S15 ## 伪指令 ### 启动符号 #### IAR ```assembly SECTION .intvec:CODE:NOROOT (2) END ``` 但是此时是无法进行编译的 #### GCC ```assembly .global _start _start: @汇编入口 loop: B loop .end @汇编程序结束 ``` ### 符号定义 #### IAR #### GCC ### 数据定义 #### IAR #### GCC ### 汇编控制 #### IAR #### GCC ### 段定义 #### IAR #### GCC ### 杂项指令 | GCC | armasm | 描述信息 | | -------- | -------------- | --------------------------------- | | @ | ; | Comment | | #& | #0x | An immediate hex value | | .if | IFDEF, IF | 条件编译 | | .else | ELSE | | | .elseif | ELSEIF | | | .endif | ENDIF | | | .ltorg | LTORG | | | `|` | :OR: | OR | | & | :AND: | AND | | << | :SHL: | Shift Left | | >> | :SHR: | Shift Right | | .macro | MACRO | Start macro definition | | .endm | ENDM | End macro definition | | .include | INCLUDE | GNU Assembler requires “filename” | | .word | DCD | A data word | | .short | DCW | | | .long | DCD | | | .byte | DCB | | | .req | RN | | | .global | IMPORT, EXPORT | | | .equ | EQU | | ## 程序设计 ### 条件语句 ### 循环语句 ### 函数定义 ## 混合编程 ### C与汇编 ### C与thumb ## 存储系统 ### MMU ### cache ## 仿真工具 ### IAR仿真设置 新建工程 ![image-20221007165810492](picture/image-20221007165810492.png) 设置仿真 ![configure-project](picture/configure-project.png) 构建仿真 ![debug-project](picture/debug-project.png) ### eclipse仿真设置 + arm-none-eabi-gcc: 编译器 + openocd: 调试器 + qemu: 仿真器