ARM(Advanced RISC Machine)指令集架构是一种精简指令集计算(RISC)架构,广泛应用于各种嵌入式系统、移动设备和其他低功耗应用场景。ARM指令集有多个版本,支持不同的功能和特性。下面是一些关于ARM指令集的详细信息:
1. ARM架构简介
ARM架构最初由Acorn Computers开发,后由ARM Holdings(现为Arm Ltd.)推广和发展。ARM处理器具有低功耗、高性能和小面积等特点,广泛应用于移动设备、嵌入式系统、IoT设备等领域。
2. ARM指令集
ARM指令集是32位的RISC指令集,主要包括以下几类指令:
a. 数据处理指令
- MOV(Move): 将一个寄存器或立即数的值复制到另一个寄存器。
- ADD(Add): 将两个寄存器或一个寄存器和一个立即数相加,并将结果存储在目标寄存器中。
- SUB(Subtract): 将一个寄存器的值从另一个寄存器的值中减去,并将结果存储在目标寄存器中。
b. 数据传输指令
- LDR(Load Register): 从内存中加载数据到寄存器。
- STR(Store Register): 将寄存器中的数据存储到内存中。
- LDM(Load Multiple): 从内存中加载多个寄存器。
- STM(Store Multiple): 将多个寄存器的数据存储到内存中。
c. 分支指令
- B(Branch): 无条件跳转到目标地址。
- BL(Branch with Link): 跳转到目标地址并保存返回地址。
- BX(Branch and Exchange): 跳转到目标地址,并切换处理器模式(ARM和Thumb模式之间)。
d. 状态控制指令
- MRS(Move PSR to Register): 将程序状态寄存器的值移动到普通寄存器。
- MSR(Move Register to PSR): 将普通寄存器的值移动到程序状态寄存器。
3. ARM指令格式
ARM指令通常是32位长,采用固定长度的指令格式。每条指令由一个操作码和若干操作数组成,操作数可以是寄存器、立即数或内存地址。以下是一些常见指令的格式:
-
数据处理指令格式:
| 条件码(4) | 操作码(4) | 设置条件标志(1) | 保留(1) | 第一个操作数寄存器(4) | 目的寄存器(4) | 移位类型和立即数/寄存器(12) |
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加载/存储指令格式:
| 条件码(4) | 类型(2) | 立即数/寄存器标志(1) | 上/下位(1) | 字/半字(1) | L/S(1) | 基址寄存器(4) | 目的寄存器(4) | 偏移量(12) |
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分支指令格式:
| 条件码(4) | 分支类型(3) | 偏移量(24) |
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ARM伪指令(Pseudo-instructions)是一种便捷的编程工具,它们并不是实际的处理器指令,而是汇编器在汇编过程中将其转换为一个或多个实际的ARM指令。伪指令的使用可以简化代码编写,提高代码的可读性和可维护性。以下是一些常见的ARM伪指令及其用途:
1. 常见的ARM伪指令
a. ADR
- 用途: 将一个标签的地址加载到寄存器中。
- 语法:
ADR Rd, label
- 例子:
ADR R0, MyLabel ; 将MyLabel的地址加载到R0中
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b. LDR伪指令
- 用途: 加载一个常数或地址到寄存器中。
- 语法:
LDR Rd, =value
- 例子:
LDR R0, =0xFF ; 将常数0xFF加载到R0中 LDR R1, =MyLabel ; 将MyLabel的地址加载到R1中
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c. EQU
- 用途: 定义一个符号常量。
- 语法:
name EQU expression
- 例子:
MAX_SIZE EQU 100 ; 定义符号常量MAX_SIZE,其值为100
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d. DCB, DCD, DCDU, DCFD
- 用途: 定义字节、字、双字和浮点数的常量数据。
- 语法:
DCB value[, value,...] ; 定义字节数据 DCD value[, value,...] ; 定义字数据 DCDU value[, value,...] ; 定义未对齐的字数据 DCFD value[, value,...] ; 定义双精度浮点数数据
Copied! - 例子:
MyData DCB 0x01, 0x02, 0x03 ; 定义字节数据 MyData DCD 0x12345678 ; 定义字数据
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e. SPACE
- 用途: 分配一块未初始化的内存空间。
- 语法:
SPACE expression
- 例子:
BUFFER SPACE 100 ; 分配100字节的内存空间
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f. ALIGN
- 用途: 对齐数据到特定的边界。
- 语法:
ALIGN [expression]
- 例子:
ALIGN 4 ; 将接下来的数据对齐到4字节边界
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2. 伪指令示例
以下是一个综合示例,展示了如何在ARM汇编代码中使用多种伪指令:
AREA MyCode, CODE, READONLY
MAX_VALUE EQU 255
ENTRY_POINT
ADR R0, MyLabel ; 获取MyLabel的地址
LDR R1, =MAX_VALUE ; 加载常量值255
LDR R2, =0x12345678 ; 加载常量值0x12345678
B END
MyLabel
DCB 0x01, 0x02, 0x03 ; 定义字节数据
ALIGN 4 ; 对齐到4字节边界
DCD 0x12345678 ; 定义字数据
END
NOP ; 空指令
END ENTRY_POINT
ARM伪操作(Pseudo-operations),也称为伪操作码,是一种在汇编语言中使用的指令或指令集合,它们并不会直接转化为机器代码,而是由汇编器在汇编过程中进行处理和转换。这些伪操作提供了许多高级功能和便捷的编程工具,能够简化代码编写、提高代码可读性和可维护性。以下是一些常见的ARM伪操作及其详细介绍:
1. 常见的ARM伪操作
a. AREA
- 用途: 定义一个代码或数据区段。
- 语法:
AREA section_name, CODE|DATA, READONLY|READWRITE
- 例子:
AREA MyCode, CODE, READONLY ; 定义一个只读代码段 AREA MyData, DATA, READWRITE ; 定义一个可读写数据段
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b. ENTRY
- 用途: 标记程序的入口点。
- 语法:
ENTRY
- 例子:
ENTRY ; 标记程序入口点
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c. END
- 用途: 标记源代码文件的结束。
- 语法:
END [address]
- 例子:
END ; 标记源代码文件结束
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d. EXPORT
- 用途: 声明一个符号对其他模块可见。
- 语法:
EXPORT symbol
- 例子:
EXPORT MyFunction ; 声明MyFunction符号对其他模块可见
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e. IMPORT
- 用途: 声明一个外部模块定义的符号。
- 语法:
IMPORT symbol
- 例子:
IMPORT ExternalFunction ; 声明ExternalFunction符号由外部模块定义
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f. ALIGN
- 用途: 对齐数据到特定的边界。
- 语法:
ALIGN [expression]
- 例子:
ALIGN 4 ; 将接下来的数据对齐到4字节边界
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g. DCD, DCB, DCDU, DCFD
- 用途: 定义常量数据。
- 语法:
DCD value[, value,...] ; 定义字数据 DCB value[, value,...] ; 定义字节数据 DCDU value[, value,...] ; 定义未对齐的字数据 DCFD value[, value,...] ; 定义双精度浮点数数据
Copied! - 例子:
MyData DCB 0x01, 0x02, 0x03 ; 定义字节数据 MyData DCD 0x12345678 ; 定义字数据
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h. EQU
- 用途: 定义一个符号常量。
- 语法:
name EQU expression
- 例子:
MAX_SIZE EQU 100 ; 定义符号常量MAX_SIZE,其值为100
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i. SPACE
- 用途: 分配一块未初始化的内存空间。
- 语法:
SPACE expression
- 例子:
BUFFER SPACE 100 ; 分配100字节的内存空间
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2. 伪操作示例
以下是一个综合示例,展示了如何在ARM汇编代码中使用多种伪操作:
AREA MyCode, CODE, READONLY
ENTRY
MAX_VALUE EQU 255
EXPORT MyFunction
IMPORT ExternalFunction
MyFunction
LDR R0, =MAX_VALUE ; 加载常量值255
BL ExternalFunction ; 调用外部函数
B END
MyData
DCB 0x01, 0x02, 0x03 ; 定义字节数据
ALIGN 4 ; 对齐到4字节边界
DCD 0x12345678 ; 定义字数据
END
NOP ; 空指令
END MyFunction
这个示例展示了如何使用AREA
定义代码和数据段,使用ENTRY
标记程序入口点,使用EQU
定义常量,使用EXPORT
和IMPORT
声明符号,使用LDR
和BL
指令,使用DCB
和DCD
定义数据,以及使用ALIGN
对齐数据。
GNU汇编(GNU Assembler,简称GAS)支持一些伪指令(pseudo-operations),这些指令并不是处理器直接执行的指令,而是在汇编器(assembler)处理源代码时使用的指令,用于定义数据、分配存储空间、控制程序流程等。这些伪指令提供了方便和灵活性,可以简化汇编代码的编写和管理。以下是一些常见的GNU汇编伪指令及其用法:
1. 数据定义指令
a. .byte
- 用途: 定义一个或多个字节数据。
- 语法:
.byte byte1, byte2, ...
- 例子:
.byte 0x41, 0x42, 0x43 ; 定义三个字节数据,分别为0x41, 0x42, 0x43
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b. .word
- 用途: 定义一个或多个字(通常是4个字节)数据。
- 语法:
.word word1, word2, ...
- 例子:
.word 0x12345678 ; 定义一个字数据为0x12345678
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c. .ascii
和 .asciz
- 用途: 定义ASCII字符串。
.ascii
语法:.ascii "string"
.asciz
语法:.asciz "string"
- 例子:
.ascii "Hello" ; 定义ASCII字符串"Hello" .asciz "World" ; 定义ASCII字符串"World",并自动添加空字符('\0')
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d. .zero
- 用途: 分配指定字节数的零初始化内存。
- 语法:
.zero size
- 例子:
.zero 100 ; 分配100个字节的零初始化内存
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2. 符号和标签指令
a. .equ
- 用途: 定义一个符号常量。
- 语法:
.equ symbol, expression
- 例子:
.equ MAX_SIZE, 100 ; 定义符号常量MAX_SIZE为100
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b. .global
- 用途: 声明一个全局符号(函数或变量)。
- 语法:
.global symbol
- 例子:
.global main ; 声明main函数为全局符号
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###c..text
-用途: 将定义符开始的代码编译到代码段.
- 语法:
.text
###c..data
-用途: 将定义符开始的代码编译到数据段
- 语法:
.data
###c..end
-用途: 文件结束
- 语法:
.end
3. 控制流指令
a. .if
和 .else
- 用途: 条件编译,根据条件选择性地包含或排除一段代码。
- 语法:
.if condition ; code block .else ; alternative code block .endif
Copied! - 例子:
.if DEBUG_MODE mov r0, #1 .else mov r0, #0 .endif
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b. .include
- 用途: 包含另一个源文件中的内容。
- 语法:
.include "filename"
- 例子:
.include "constants.s" ; 包含constants.s文件中的内容
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