ARM处理器寄存器和汇编指令系统.docx
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ARM处理器寄存器和汇编指令系统
ARM处理器寄存器和汇编指令系统
1.ARM的处理器模式
ARM体系结构支持7种处理器模式，分别是：
用户、FIQ、IRQ、管理、中止（abort）、未定义和系统模式。
除了用户模式外，其余都称之为特权模式。
除了用户和系统模式外，其余都称之为异常模式。
2.ARM的存储器组织
ARM处理器总共有37个寄存器：
包括31个通用寄存器、包括程序计数器（PC）、和6个状态寄存器。
这些寄存器在不同模式下，不能被同时看到，有些名称是重叠的。
分为三类：
不分组寄存器，分组寄存器和程序计数器
1）不分组寄存器R0~R7
所有的处理模式下、它们都是访问同一个寄存器，因此只有8个不分组寄存器。
2）分组寄存器R8~R14
每一个访问的物理寄存器取决于当前的处理器模式，有些是共用的，而有些事分离的。
具体可以查询相关资料。
R13就是堆栈寄存器SP，而R14就是链接寄存器LR
3）程序计数器R15
在ARM状态PC的位[1:
0]为0，而在Thumb状态，位[0]为0.
4）程序状态寄存器CPSR和程序状态保存寄存器SPSR
CPSR只有一个，代表了当前的程序状态。
而每个异常模式都有独立的一个SPSR，用于保存CPSR的状态。
1
31 30 29 28 8 7 6 5 4 3 2 1 0
2
N Z C V DNM（RAZ） I F T M4 M3 M2 M1 M0
3.ARM的常用汇编指令
1）基本寻址方式
包括有寄存器寻址、立即寻址、寄存器移位寻址、寄存器间寻址、变址寻址、多寄存器寻址、堆栈寻址、块复制寻址和相对寻址
2）条件执行
几乎所有的ARM指令都可以包含一个可选的条件码，句法中以{cond}来标识。
可用的条件码如下面所示。
几乎所有的ARM数据处理指令均可以根据执行结果来选择是否更新条件码标志，即在指令中包含后缀S。
1
操作码[31:
28] 助记符后缀 标 志 含义
2
0000 EQ Z置位 相等
3
0001 NE Z清零 不等
4
0010 CS/HS C置位 大于或等于（无符号>=）
5
0011 CC/LO C清零 小于（无符号<）
6
0100 MI N置位 负
7
0101 PL N清零 正或零
8
0110 VS V置位 溢出
9
0111 VC V清零 未溢出
10
1000 HI C置位且Z清零 大于（无符号>）
11
1001 LS C清零或Z置位 小于或等于（无符号<=）
12
1010 GE N和V相同 带符号>=
13
1011 LT N和V不同 带符号<
14
1100 GT Z清零且N和V相同 带符号>
15
1101 LE Z置位或N和V不同 带符号<=
16
1110 AL 任何 总是（通常省略）
3）存储器访问指令
3.1）LDR和STR（字与无符号字节）语法如下
1
op {cond} {B} {T} Rd, [Rn]
2
op {cond} {B} Rd, [Rn, Flexoffset] {!
} //前索引偏移
3
op {cond} {B} Rd, label
4
op {cond} {B} {T} Rd, [Rn], Flexoffset//后索引偏移
其中：
op是操作码即指令LDR或STR。
cond就是上面所说的条件码，因此指令可以变成LDREQ或STRNE类似的名称，表示满足某些条件时该条指令才会执行。
B可选后缀，表示传送Rd的最低有效字节，就是所谓的无符号字节传送，字节加载的时候是用'0'来扩展到32位的。
T可选后缀，即使处理器是在特权模式下，存储系统也将访问看成是处理器在用户模式下。
不能和前索引偏移一起使用。
Rd用于加载或存储的ARM寄存器
Rn存储器的基址寄存器。
若指令是带写回的前索引或后索引（后索引都是写回的），则Rd和Rn不能相同
Flexoffset加到Rn上的灵活的偏移量
label程序相对偏移表达式。
label必须是当前指令的+-4KB范围内
!
可选后缀，前索引写回标志，若Rn是R15，则不能用后缀!
Flexoffset的句法包括下面两种
1
#expr
2
{-} Rm {, shift}
- 是可选符号，表示从Rn中减去偏移量，否则是加
expr 表达式，取值范围-4095~+4095的整数
Rm 内含偏移量的寄存器。
Rm不允许是R15
shift Rm的可选移位方法，可以是下列形式的任何一种
ASR n算术右移n位（1<=n<=32）
LSL n逻辑左移n位（0<=n<=31）
LSR n逻辑右移n位（1<=n<=32）
ROR n循环右移n位（1<=n<=31）
RRX 循环右移1位，带扩展
3.2）LDR和STR（半字和带符号字节）语法如下：
1
op {cond} type Rd, [Rn]
2
op {cond} type Rd, [Rn, offset] {!
}
3
op {cond} type Rd, label
4
op {cond} type Rd, [Rn], offset
其中：
type必须是以下所列其中之一
SH对带符号半字（仅LDR）
H对无符号半字
SB对带符号字节（仅LDR）
label程序相对偏移表达式。
必须是当前指令+-255字节范围
offset加在Rn上的偏移量，可以是以下两种形式之一
#expr //值为+-255范围内的整数。
{-}Rm
3.3）LDR和STR（双字）加载两个相邻的存储器和存储两个相邻的寄存器，语法如下：
1
op {cond} D Rd, [Rn]
2
op {cond} D Rd, [Rn, offset] {!
}
3
op {cond} D Rd, label
4
op {cond} D Rd, [Rn], offset
其中：
Rd加载或存储寄存器其中一个，另一个是R（d+1）。
但Rd必须是偶数寄存器，且不能是R14。
Rn除非指令为零偏移，或不带写回的前索引，否则Rn不允许与Rd和R（d+1）相同
offset加在Rn上的偏移量
label程序相对偏移表达式。
必须是当前指令+-255字节范围
3.4）LDM和STM加载多个寄存器或存储多个寄存器，可以传送R0~R15的任何组合
1
op {cond} mode Rn{!
}, reglist{^}
其中：
mode是下列情况中之一：
IA每次传送后地址加1
IB每次传送前地址加1
DA每次传送后地址减1
DB每次传送前地址减1
FD满递减堆栈
ED空递减堆栈
FA满递增堆栈
EA空递增堆栈
Rn基址寄存器，传送数据的初始地址。
不允许是R15
!
可选后缀。
若有!
，则最后的地址写回Rn
reglist加载或存储的寄存器列表可以写出如下形式
{R0,R2,R9}
{R3-R6,R11,R12}
{R0,R4-R7,LR}
3.4）SWP 在寄存器和存储器之间进行数据交换。
1
SWP {cond} {B} Rd, Rm, [Rn]
其中：
B可选后缀。
若有B，则是交换字节，否则交换字
Rd数据从存储器加载到Rd
RmRm的内容存储到存储器。
如果Rm和Rd的相同，则是交换寄存器和存储器的内容
RnRn的内容指定要进行数据交换的存储器的地址。
Rn必须和Rm和Rd不同
4）ARM数据处理指令
4.1）灵活的第二操作数，在数据处理指令中会经常出现第二操作数，即Operand2，它有如下的两种可能形式。
1
# immed_8r
2
Rm{, shift}
其中：
immed_8r取值为数字常量的表达式。
常量必须对应8位位图在32位字中被循环移位偶数位（0,2,4,6,...,28,30）后的值
合法的常量有：
0xFF,0x104,0xFF0,0xFF000,0xF0000000F等
非法的常量有：
0x101,0x102,0xFF1,0xFF04等
Rm 存储第二操作数数据的寄存器，可以用各种方法对寄存器中的位图进行移位或循环移位，操作结果用于Operand2
但Rm本身不改变。
shift 对Rm的可选移位方法，可以是以下方法的任何一种
ASR n算术右移n位（1<=n<=32）
LSL n逻辑左移n位（0<=n<=31）
LSR n逻辑右移n位（1<=n<=32）
ROR n循环右移n位（1<=n<=31）
RRX 循环右移1位，带扩展
typeRs其中type为上面ASR、LSL、LSR、ROR中的一种；Rs为提供移位量的寄存器，仅使用最低有效字节
4.2）ADD、SUB、RSB、ADC、SBC和RSC
1
op {cond} {S} Rd, Rn, Operand2
其中：
op 是上面众多指令中的一个
S 可选后缀，会根据结果来更新条件码标志
Rd 结果寄存器
Rn 保存第一操作数的寄存器
Operand2 第二操作数
ADD表示Rn加Operand2的值存到Rd
SUB表示Rn减去Operand2
RSB表示Operand2减去Rn
ADC将Rn和Operand2相加后再加上进位标志
SBC从Rn的值中减去Operand2的值，若进位标志是清零的，则结果减去1
RSC从Operand2中减去Rn的值，若进位是清零的，则结果减去1
4.3）AND、ORR、EOR和BIC
1
op {cond} {S} Rd, Rn, Operand2
其中：
AND是与、ORR是或、EOR是异或和BIC是位清零
都是Rn和Operand2中的值做处理，然后结果保存在Rd中
BIC用于将Rn中的位于Operand2中相应位的反码，进行与操作。
4.3）MOV和MVN传送与传送非
1
MOV {cond} {S} Rd,Operand2
2
MVN {cond} {S} Rd,Operand2
MOV将Operand2中的值拷贝到Rd中
而MVN将Operand2的值进行按位逻辑非之后再传送到Rd
4.4）CMP和CMN比较与比较反值
1
CMP {cond} Rn, Operand2
2
CMN {cond} Rn, Operand2
CMP比较大小，从Rn中减去Operand2的值，但丢弃结果，更新标志位，指令的主要目的是更新标志位
CMN是将Rn和Operand2相加，丢弃结果再更新标志位。
4.5）TST和TEQ测试和测试相等
1
TST {cond} Rn, Operand2
2
TEQ {cond} Rn, Operand2
TST对Rn和Operand2的值进行按位与操作，更新标志位，丢弃结果
TEQ对Rn和Operand2的值进行异或操作，更新标志位，丢弃结果
4.6）CLZ前导零计数
1
CLZ {cond} Rd, Rm
Rd结果寄存器，不允许是R15
Rm操作数寄存器。
CLZ对Rm中的前导零的个数进行计数，结果放在Rd中，若Rm全为0，则结果为32
若位[31]是1，则结果为0
4.7）MUL和MLA乘法和乘加运算
1
MUL {cond} {S} Rd,Rm,Rs
2
MLA {cond} {S} Rd,Rm,Rs,Rn
其中：
Rd 结果寄存器，不能使R15
Rm,Rs,Rn 操作寄存器，不能是R15，Rd不能和Rm相同
MUL 将Rm和Rs相乘，并将最低有效32位结果放在Rd中
MLA 将Rm和Rs相乘，再加上Rn的值，将最低有效32位结果放在Rd中
4.8）UMULL、UMLAL、SMULL和SMLAL无符号和带符号长整数乘法和乘加，结果是64位
1
op {cond}{S} RdLo,RdHi,Rm,Rs
其中：
RdLo和RdHi 是结果寄存器
Rm和Rs 是操作数寄存器
UMULL将Rm和Rs中的值解释为无符号整数。
将两数相乘，并将结果的最低32位放RdLo中，高32位放RdHi中
UMLAL将Rm和Rs中的值解释为无符号整数。
将两数相乘，并将结果加回到RdLo和RdHi的64位无符号整数上。
SMULL将Rm和Rs中的值解释为有符号补码整数。
将两数相乘，并将结果的最低32位放RdLo中，高32位放RdHi中
SMLAL将Rm和Rs中的值解释为有符号补码整数。
并将结果加回到RdLo和RdHi的64位无符号整数上。
5）ARM转移指令
5.1）B和BL跳转指令
1
B {cond} label
2
BL {cond} label
其中：
label 是程序相对偏移表达式。
两条指令都会令程序转移到label上，而BL还会将原来的下一条指令地址保存在R14上
6）ARM协处理指令
7）其他指令
7.1）SWI软件中断
7.2）MRS 将CPSR或SPSR的内容保存到寄存器中
1
MRS {cond} Rd,psr
其中：
Rd目标寄存器，Rd不允许为R15
psrCPSR或SPSR
7.3）MSR 将立即数或通用寄存器的内容加载到CPSR或SPSR的指定区域
1
MSR {cond} _,#immed_8r
2
MSR {cond} _,Rm
其中：
psr 即是CPSR或SPSR
fileds是制定传送区域，可以是
c 控制域屏蔽字节（PSR[7:
0]）
x 扩展域屏蔽字节（PSR[15:
8]）
s 状态域屏蔽字节（PSR[23:
16]）
f 标志域屏蔽字节（PSR[31:
24]）
8）伪指令
8.1）ADR将程序的相对偏移或寄存器相对偏移地址加载到寄存器中
1
ADR {cond} register,expr
其中：
register 是加载的寄存器
expr 是程序相对偏移或寄存器相对偏移表达式，取值可以是
非字节对齐地址-255~255
字节对齐地址-1020~1020
请注意，这条指令是用来获取相对偏移地址的。
即是用当前PC的值，去减去某一个适当的值（编译器自动计算），从而得到expr这个标号的相对地址，将这个标号的相对于当前pc的偏移地址存储到register中。
正是因为这样，这条指令才是一条伪指令，这样的好处是可以绕过程序入口地址的影响，而始终能跳转到准确的地址，因为B这样的跳转指令是跳转到绝对地址上的，而ADR可以获取到一个相对于当前PC的地址，所以用处非常大。
8.2）LDR用常量或地址加载寄存器
1
LDR {cond} register,=[expr | label-expr]
其中：
register 加载寄存器
expr 赋值成数字常量
label-expr 程序相对偏移或外部表达式
汇编器可自动识别数字常量，从而完成对register赋值的操作。
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