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汇编指令（20250319）

news 来源：原创 2025/8/10 2:58:02

SOC常用总线

AHB（Advanced High-performance Bus）：先进高性能总线，连接RAM，ROM等高速设备
APB（Advanced Peripheral Bus）：先进外设总线，连接外设等一些低速设备

CISC和RISC

CISC（Complex Instruction Set Computer）：复杂指令集计算机，对软件兼容性要求较高、需要处理复杂任务的场景，如桌面计算机、服务器等。因为 CISC 架构可以兼容大量的传统软件，并且能够通过复杂指令实现高效的处理

RISC（Reduced Instruction Set Computer）：精简指令集计算机，移动设备、嵌入式系统等对功耗、成本和面积要求较高的领域得到广泛应用。同时，由于其高效的执行速度，也逐渐在高性能计算领域崭露头角

ARM内部结构

ARM属于RISC，CPU内部结构如下

1. ALU （Arithmetic Logic Unit）算术逻辑单元

进行算术运算和逻辑运算

2. 特殊功能寄存器

通用寄存器（R0 - R12）：数据的存储和传递

2.1 PC（Program Counter）

程序计数器是一个特殊的寄存器，主要用于存储下一条将要执行的指令的地址。在计算机执行程序期间，它会持续跟踪指令的执行顺序，保证程序能够按顺序依次执行指令

2.2 SP（Stack Pointer）

栈指针寄存器，指向当前栈（LIFO）的栈顶的位置，内存中被用作临时存储区域，用于存放函数调用时的局部变量、返回地址、寄存器的值等信息

2.3 CPSR（Current Program Status Register）

当前程序状态寄存器，存储与处理器相关的状态信息，这些信息会影响指令的执行方式和程序的流程。它可以控制处理器的工作模式、反映指令执行结果的状态，还能处理中断等异常情况。CPSR关键位段如下

2.3.1 条件标志位（Condition Flags）

N（Negative）符号标志位：运算结果的最高位为 1 时，N 被置为 1，表示结果为负数；反之则置为 0，表示结果为正数或零

Z（Zero）零标志位：运算结果为零，Z 被置为 1；否则置为 0

C（Carry）进位标志位：在加法运算中，如果产生进位，或者在减法运算中没有借位，C 被置为 1；反之置为 0。在移位操作中，它还能保存移出的位

V（Overflow）溢出标志位：溢出标志位。当算术运算产生溢出时，V 被置为 1；否则置为 0

2.3.2 控制位（Control Bits）

I（Interrupt Disable）：中断禁止位。当 I 置为 1 时，禁止 IRQ（普通中断请求）；置为 0 时，允许 IRQ

F（Fast Interrupt Disable）：快速中断禁止位。当 F 置为 1 时，禁止 FIQ（快速中断请求）；置为 0 时，允许 FIQ

T（Thumb State）：Thumb 状态位。用于指示处理器当前处于 ARM 状态（T = 0）还是 Thumb 状态（T = 1）。ARM 状态下执行 32 位指令，Thumb 状态下执行 16 位指令。

2.3.3 模式位（Mode Bits）

CPSR 的低 5 位（bit [4:0]）用于定义处理器的工作模式，常见的工作模式有7种

用户模式（User，USR）：正常程序执行的模式
快速中断模式（Fast Interrupt Request，FIQ）：用于处理快速中断
外部中断模式（Interrupt Request，IRQ）：用于处理普通中断
管理模式（Supervisor，SVC）：操作系统使用的模式，用于处理复位软件中断（SWI）
数据访问终止模式（Abort，ABT）：用于处理数据访问异常
未定义指令终止模Undefined，UND）：用于处理未定义指令异常
系统模式（System，SYS）：与用户模式类似，但具有更高的权限，可用于操作系统任务

不同模式下，使用的寄存器可能不尽相同

SPSR（Saved Program Status Register）备份程序状态寄存器

SPSR 用于在异常发生时保存 CPSR 的值。当处理器进入异常模式时，需要保存当前的程序状态，以便在异常处理结束后能够恢复到异常发生前的状态继续执行程序。SPSR 就是为了实现这一功能而存在

异常向量表

当异常发生时，硬件会根据异常类型生成一个对应的向量号
以向量号作为索引，在异常向量表中查找对应的程序入口地址
找到地址后，CPU执行相应的异常处理操作

高速缓存（Cache）

高速缓存是一种高速的静态随机存储器（SRAM），位于处理器内核和主存储器之间，用于存储最近使用过的数据和指令。其目的是减少处理器访问主存储器的时间，提高系统的性能。

指令缓存（I - Cache）：专门用于存储指令，当处理器需要执行指令时，首先从指令缓存中查找，如果找到则直接使用，避免了从主存储器中读取指令的延迟。
数据缓存（D - Cache）：用于存储数据，处理器在进行数据读写操作时，先访问数据缓存，提高数据访问的速度。

哈佛架构：两个独立的存储器

冯诺依曼架构：共用一个存储器

个人计算机常用冯诺依曼架构，架构简单、成本低，易于实现

超级计算机，高性能图形处理器常采用哈佛架构，并行处理能力强，执行效率高

内存管理单元（MMU）

MMU 主要存在于一些高端的 ARM 处理器中，如 Cortex - A 系列。它的主要功能是将虚拟地址转换为物理地址，实现虚拟内存管理。

虚拟地址空间：为每个进程提供独立的虚拟地址空间，使得多个进程可以同时运行而互不干扰。
内存映射：MMU 通过页表将虚拟地址映射到物理地址，页表存储在主存储器中，MMU 会根据需要访问页表进行地址转换。

NOR FLASH和NAND FLASH

两种常见的非易失性闪存技术

NOR FLASH：可被寻址，用于存程序文件
NAND FLASH：不可被寻址，用于硬盘，U盘和SD卡等，存数据

常用汇编指令

MOV（Move）

MOV{条件}{S} 目标寄存器, 源操作数

把一个源操作数传送到目标寄存器。源操作数可以是立即数、寄存器或者经过移位操作后的寄存器值

{条件}：是可选的，用于指定指令执行的条件，例如 EQ（相等）、NE（不相等）等
{S}：也是可选的，若指定了 S，则会更新 CPSR（当前程序状态寄存器）中的条件标志位

ADD（Addition）

ADD{条件}{S} 目标寄存器, 操作数1, 操作数2

将两个操作数相加，然后把结果存到目标寄存器。操作数可以是寄存器或者立即数。

SUB（Subtraction）

SUB{条件}{S} 目标寄存器, 操作数1, 操作数2

用操作数 1 减去操作数 2，再把结果存到目标寄存器。操作数可以是寄存器或者立即数。

BIC（Bit Clear）

BIC{条件}{S} 目标寄存器, 操作数1, 操作数2

对操作数 1 和操作数 2 进行按位与非操作，也就是将操作数 2 中为 1 的位对应的操作数 1 中的位清零，然后把结果存到目标寄存器。

ORR（OR Register）

ORR{条件}{S} 目标寄存器, 操作数1, 操作数2

对两个操作数进行按位或操作，然后把结果存到目标寄存器。操作数可以是寄存器或者立即数

CMP（Compare）

CMP{条件} 操作数 1, 操作数 2

CMP 指令的主要功能是对两个操作数进行比较，它通过用操作数 1 减去操作数 2，不过并不保存相减的结果，而是根据相减的结果来更新 CPSR（当前程序状态寄存器）中的条件标志位。这些条件标志位后续可用于条件分支指令，以此实现程序的条件执行

关于立即数

立即数是一个直接嵌入在指令中的常量值，立即数通常以 # 符号开头，可采用十进制、十六进制等形式表示

32 位指令中的立即数需遵循特定的编码规则。它由一个 8 位的常数和一个 4 位的移位值构成。具体规则如下：

8 位常数的取值范围是 0 到 255。
移位值表示将这个 8 位常数循环右移的位数，且移位值必须是偶数。

例如，#0xFF 是合法的立即数，它可表示为 8 位常数 0xFF，移位值为 0；而 #0x101 是非法的立即数，因为它无法用一个 8 位常数和一个偶数移位值来表示

判断立即数

如果某个数的数值范围是0~0xFF之间，那么这个数一定是立即数；
把某个数展开成2进制，这个数的最高位1至最低位1之间的二进制数序列的位数不能超过8位；
这个数的二进制序列凑够8位之后的的右边必须为偶数个连续的 0

关于入栈和出栈

增（减）栈：入栈时，栈顶指针自增的栈，减栈反之

空（满）栈：栈顶指针指向的位置不同

ARM处理器属于满减栈

使用STMFD（Store Multiple Full Descending）和LDSFD（Load Multiple Full Descending）来进行入栈操作和出栈操作

STMFD：STMFD{条件} 栈指针, {寄存器列表}
LDMFD：LDMFD{条件} 栈指针, {寄存器列表}

入栈和出栈应保持次数一致，元素一致

{条件}：是可选的，用于指定指令执行的条件，例如 EQ（相等）、NE（不相等）等。
栈指针：通常是 SP（栈指针寄存器）。
寄存器列表：由多个寄存器名组成，用逗号分隔，并用大括号括起来。例如 {R0 - R3} 表示寄存器 R0 到 R3。

SP！，保持操作完成后，更新栈顶指针

B（Branch）

B{条件} 目标地址

{条件}：这是可选部分，用于指定指令执行的条件。常见的条件码有 EQ（相等，对应 Z 标志位为 1）、NE（不相等，对应 Z 标志位为 0）、GT（大于）、LT（小于）等。当指定了条件码时，只有条件满足，跳转操作才会执行；若不指定条件码，则是无条件跳转。
目标地址：可以是一个标签，也可以是一个相对地址。标签是在汇编代码中定义的一个标识符，用于标记代码中的某个位置；相对地址则是相对于当前指令地址的偏移量。

C函数与汇编函数的调用

BL会在指令跳转之前将下一行指令的地址给LR，B不会

GUN规定，主调函数负责保护现场和回复现场

发生函数的嵌套调用时，R14（LR）也应进行入栈保护，否则在LR会被覆盖，恢复现场时位置异常

当汇编调C函数时，传参小于等于4个时，使用R0到R3寄存器进行传参，函数的返回值在R0中，当函数传参大于4个时，多出的参数所在的寄存器需要入栈、出栈以栈传参的方式保护数据

汇编调C函数

import导入C函数的入口地址
B（L）跳转C函数

C函数调汇编

extern函数
在汇编函数中，汇编中export导出函数