5. ARM_指令集

概述

分类

汇编中的符号：

• 指令：能够编译生成一条32位机器码，并且能被处理器识别和执行
• 伪指令：本身不是指令，编译器可以将其替换成若干条指令
• 伪操作：不会生成指令，只是在编译阶段告诉编译器怎么编译

ARM指令集的分类：

• 数据处理指令：进行数学运算、逻辑运算
• 跳转指令：实现程序的跳转，本质就是修改了PC寄存器
• Load/Store指令：访问(读写)内存
• 状态寄存器传送指令：用于访问(读写)CPSR寄存器
• 软中断指令：触发软中断
• 协处理器指令：操作协处理器的指令

指令格式：

汇编语言不区分大小写，但是不要出现一个指令里面既有大写也有小写。比如：可以写MOV或mov，但不要写成Mov 

立即数

什么是立即数：

立即数就是能够写在指令后面的数，例如 " MOV R0 #1 " 这个#1当中的数就是立即数。

立即数的本质就是包含在指令当中的数，属于指令的一部分。

注意：立即数不能写到32位，因为汇编指令转为机器码后是32位，这32位中有几位用来表示指令含义和寄存器含义，因此数据位并没有32位。

立即数与变量的区别：

立即数是指令的一部分，在使用立即数赋值时，CPU直接从机器码中就可以获取数据，不需要从内存中读取相应的值。

变量是存放在内存中，通过变量赋值，CPU必须先从内存中取出，再进行赋值。

32位非立即数却可赋值的情况：

当我们使用MOV R0, #0xFFFFFFFF这个指令时，0xFFFFFFFF是一个32位的数，一定不是一个立即数，但最终编译未出错。具体的编译器处理结果如下：

在这里，编译器将MOV R0, #0xFFFFFFFF 替换成了 MVN R0,#00000000，这个MVN的指令就是CPU可以识别执行的指令，原先的MOV就被称作伪指令。

条件码

条件码就是一个条件，当条件满足时执行这个操作，条件不满足时不执行该操作。

大多数的指令后都可以添加条件，具体示例见"跳转指令" - "2、B"

在使用条件码时，需要先使用CMP进行比较，之后再使用条件码进行条件执行。

条件码如下：

数据处理指令

1、数据搬移指令

1.1 MOV

将指定的数据搬移(赋值)到指定的寄存器中。

格式：

MOV 目标寄存器, 源操作数

目标寄存器： 可以为通用寄存器R0~R12，也可以是PC

源操作数：可以是立即数，也可以是寄存器

示例：

将立即数3搬移到寄存器R1，即：令R1=3

MOV R1, #3     @ #3代表十进制的3,#0x3代表十六进制的3

将R2寄存器的值搬移到寄存器R1，即：令R1=R2

MOV R1, R2

1.2 MVN

将指定的数据按位取反后，搬移(赋值)到指定的寄存器中。

格式： 

MVN 目标寄存器, 源操作数

示例：

将立即数0xFF取反后的值搬移到寄存器R1，即：令R1 = ~0xFF。

注意：这时R1存放的值为0xFFFFFF00，而不是0，因为ARM的寄存器是32位，所以在ARM寄存器中0xFF的存放值是0x000000FF，因此按位取反后为0xFFFFFF00，而不是0。

MVN R1 #0xFF

2、数值运算指令

一般格式：<操作码> <目标寄存器> <第一操作寄存器> <第二操作数>

• 操作码：执行什么操作，如加减乘除
• 目标寄存器：用于存放运算结果
• 第一操作寄存器：必须是一个寄存器，是参与运算的数。
• 第二操作数：可以是寄存器，也可以是立即数，这也是参与运算的数。

2.1 ADD

加法指令，将指定的两个数进行相加，结果存入指定的寄存器。

格式：

ADD 目标寄存器, 源寄存器, 源操作数

目标寄存器： 可以为通用寄存器R0~R12，也可以是PC

源寄存器：只能是寄存器

源操作数：可以是立即数，也可以是寄存器

示例：

已知R2=5，R3=3，实现R1=R2+R3

MOV R2,#5
MOV R3,#3
ADD R1,R2,R3 @ R1 = R2 + R3

已知R2=5，实现R1=R2+5

MOV R2,#5
ADD R1,R2,#5 @ R1 = R2 + 5
注意:这里不能写成ADD R1,#5,R2 对应ADD只有最后一个为源操作数

2.2 ADC

带进位的加法指令，将指定的两个数进行相加，并且会加上CPSR的进位。 

ADC实现64位运算：

实现：

0x00000001 00000002 + 0x00000003 00000004

思路：

将第一个数的低位和高位分别存放在R1、R2；将第二个数的低位和高位分别存放在R3、R4；将结果的低位和高位分别存放在R5、R6

运算代码：

MOV R1,0x00000002
MOV R2,0x00000001
MOV R3,0x00000004
MOV R4,0x00000003

ADDS R5,R1,R3 @将两个低位相加并允许设置CPSR
ADC R6,R2,R4  @将两个高位相加并加上CPSR的C位(溢出进位)

ADCS实现128位运算：

实现：

0x00000001 00000002 00000003 00000004 + 0x00000005 00000006 00000007 00000008

运算代码：

MOV R1,0x00000004
MOV R2,0x00000003
MOV R3,0x00000002
MOV R4,0x00000001

MOV R5,0x00000008
MOV R6,0x00000007
MOV R7,0x00000006
MOV R8,0x00000005

ADDS R9,R1,R5     @将两个低位相加并允许设置CPSR
ADCS R10,R2,R6    @将两个高位相加并加上CPSR的C位(溢出进位)并允许设置CPSR
ADCS R11,R3,R7    @将两个高位相加并加上CPSR的C位(溢出进位)并允许设置CPSR
ADC  R12,R4,R8    @将两个高位相加并加上CPSR的C位(溢出进位)

2.3 SUB

减法指令，将指定的两个数进行相减，结果存入指定的寄存器。

该指令只能实现 "寄存器 - 寄存器" 或者 "寄存器 - 立即数" 但实现不了 "立即数 - 寄存器"

格式：

SUB 目标寄存器, 源寄存器, 源操作数

目标寄存器： 可以为通用寄存器R0~R12，也可以是PC

源寄存器：只能是寄存器

源操作数：可以是立即数，也可以是寄存器

注意：SUB减法中有顺序，源寄存器存放的是被减数，源操作数存放的是减数。

示例：

已知R2=5，R3=3，实现R1=R2-R3

MOV R2,#5
MOV R3,#3
SUB R1,R2,R3 @ R1 = R2 - R3

已知R2=5，实现R1=R2-5

MOV R2,#5
SUB R1,R2,#5 @ R1 = R2 - 5
注意:这里不能写成SUB R1,#5,R2 对应SUB只有最后一个为源操作数

2.4 SBC

带借位的减法指令，将指定的两个数进行相减，并且会减去CPSR的借位(C位取反)。

SBC实现64位运算：

实现：

0x00000002 00000001 - 0x00000001 00000002

运算代码：

MOV R1,0x00000001
MOV R2,0x00000002
MOV R3,0x00000002
MOV R4,0x00000001

SUBS R5,R1,R4 @将两个低位相减并允许设置CPSR
SBC R6,R2,R5  @将两个高位相减并减去CPSR的C位取反(借位)

2.5 RSB

逆向减法指令，将指定的两个数进行相减，结果存入指定的寄存器。

该指令通过被减数与减数调换，解决了SUB不能实现"立即数 - 寄存器"的问题。

格式：

RSB 目标寄存器, 源寄存器, 源操作数

目标寄存器： 可以为通用寄存器R0~R12，也可以是PC

源寄存器：只能是寄存器

源操作数：可以是立即数，也可以是寄存器

注意：RSB减法中有顺序，源寄存器存放的是减数，源操作数存放的是被减数。这与SUB相反。

示例：

实现R1 = 3 - R2。

RSB R1,R2,#3     @ R1 = 3 - R2

2.6 MUL

乘法指令，将指定的两个数进行相乘，结果存入指定的寄存器。

格式：

MUL 目标寄存器, 源寄存器, 源寄存器

目标寄存器： 可以为通用寄存器R0~R12，也可以是PC

源寄存器：只能是寄存器

注意：乘法指令中只能是两个寄存器相乘，不能使用立即数。

示例：

实现R1 = R2 * R3。

MUL R1,R2,R3     @ R1 = R2 * R3

3、位运算指令

3.1 AND

按位与指令，将指定的两个数进行按位与，结果存入指定的寄存器。

格式：

AND 目标寄存器, 源寄存器, 源操作数

目标寄存器： 可以为通用寄存器R0~R12，也可以是PC

源寄存器：只能是寄存器

源操作数：可以是立即数，也可以是寄存器

示例：

实现R1 = R2 & R3。

AND R1,R2,R3     @R1 = R2 & R3

3.2 ORR

按位或指令，将指定的两个数进行按位或，结果存入指定的寄存器。

格式：

ORR 目标寄存器, 源寄存器, 源操作数

目标寄存器： 可以为通用寄存器R0~R12，也可以是PC

源寄存器：只能是寄存器

源操作数：可以是立即数，也可以是寄存器

示例：

实现R1 = R2 | R3。

ORR R1,R2,R3     @R1 = R2 | R3

3.3 EOR

按位异或指令，将指定的两个数进行按位异或，结果存入指定的寄存器。

格式：

EOR 目标寄存器, 源寄存器, 源操作数

目标寄存器： 可以为通用寄存器R0~R12，也可以是PC

源寄存器：只能是寄存器

源操作数：可以是立即数，也可以是寄存器

示例：

实现R1 = R2 ^ R3。

EOR R1,R2,R3     @R1 = R2 ^ R3

3.4 LSL

左移指令，将指定的数左移指定的位，结果存入指定的寄存器。

格式：

LSL 目标寄存器, 源寄存器, 源操作数

目标寄存器： 可以为通用寄存器R0~R12，也可以是PC

源寄存器：只能是寄存器

源操作数：可以是立即数，也可以是寄存器

示例：

实现R1 = R2 << 3

方式1:寄存器法
MOV R3,#3
LSL R1,R2,R3 @R1 = R2 << 3

方式2:立即数法
LSL R1,R2,#3 @R1 = R2 << 3

 3.4 LSR

右移指令，将指定的数右移指定的位，结果存入指定的寄存器。

格式：

LSR 目标寄存器, 源寄存器, 源操作数

目标寄存器： 可以为通用寄存器R0~R12，也可以是PC

源寄存器：只能是寄存器

源操作数：可以是立即数，也可以是寄存器

示例：

实现R1 = R2 >> 3

方式1:寄存器法
MOV R3,#3
LSR R1,R2,R3 @R1 = R2 >> 3

方式2:立即数法
LSR R1,R2,#3 @R1 = R2 >> 3

3.5 BIC

位清零指令，将指定的位进行清零，结果存入指定的寄存器。

格式：

BIC 目标寄存器, 源寄存器, 源操作数

目标寄存器： 可以为通用寄存器R0~R12，也可以是PC

源寄存器：只能是寄存器

源操作数：可以是立即数，也可以是寄存器

注意：清零源操作数为1的位数，为0的位数不进行操作。但源寄存器的数值不进行改变

示例：

已知R2=0xFF，实现将R2低四位清零，并把结果写入到R1中，并且R2值不进行改变。

MOV R2,#0xFF
BIC R1,R2,#0x0F @0x0F的低四位为1,所以R2的低4位被清零,结果存入到R1
                @运算之后R1=0xF0,R2=0xFF(值不改变)

4、其他

4.1 格式扩展

格式扩展示例：

MOV R3, R0, LSL #3 ; 将R0的值左移3位后存入R3

格式扩展指令的看法：

首先这里面有MOV、LSR这两个指令，最前面的MOV是操作码，所以这个整体指令的功能是数据搬移功能，因此R0为第一操作数，LSL #3为第二操作数。

这里的LSL #3并不是一个指令，含义是左移3，操作的数据源就是前面的R0，返回的结果存放在前面的R3。因此最终功能是将R0的值左移3位后存入R3。

4.2 运算影响CPSR

指令后加S影响CPSR：

默认情况下，数据运算不会对CPSR的条件位产生影响。当指令加上后缀 "S" 后，即可影响CPSR

MOV R1,#3
SUB R2,R1,#5   @这计算是一个负数，但没有加S后缀，所以CPSR的N位不置1

MOV R1,#3
SUBS R2,R1,#5  @这计算是一个负数，加了S后缀，所以CPSR的N位置1

跳转指令

1、CMP指令

比较指令，比较两个寄存器值中的关系，比较的结果存储再CPSR的NZCV中。

CMP的本质就是一条减法指令(SUBS)，只是没有将运算结果存入寄存器。

格式：

CMP 源寄存器1 源寄存器2

当源寄存器1 == 源寄存器2时，CPSR中的 Z = 1。

当源寄存器1 != 源寄存器2时，CPSR中的 Z = 0。

当源寄存器1 < 源寄存器2时，CPSR中的 C = 0。

当源寄存器1 <= 源寄存器2时，CPSR中的 C = 0 或者 Z = 1。

当源寄存器1 > 源寄存器2时，CPSR中的 C = 1 且 Z = 0(相等时也不产生借位)。

当源寄存器1 >= 源寄存器2时，CPSR中的 C = 1。

2、B

跳转到指定的位置。跳转指令的本质就是修改PC指向。

注意：默认情况下LR不会自动保存下一条指令的地址，加上后缀 "L" 可以允许LR保存下一条指令的地址。

B称为不带返回的跳转指令，BL称为带返回的跳转指令。

格式：

B 条件码 标签

条件码可以不写，当不写时为无条件跳转，当写时为有条件跳转。 条件码如下：

示例：

1、无返回跳转到FUNC标号下的第一条指令位置。

当执行 " B FUNC " 之后，PC将指向 "MOV R6,#6" 并在下一次执行该指令。

2、有返回跳转到FUNC标号下的第一条指令位置，执行之后再返回。

当执行 " BL FUNC " 之后，PC将指向 "MOV R6,#6" 并且 LR存储了 "MOV R4,#4"的位置。

当执行 " MOV PC,LR "之后，PC将指向 "MOV R4,#4" 实现了返回。

 3、条件跳转，当R1=R2时，跳转到FUNC

当指向 "BEQ FUNC" 后，因为R1==R2不成立，所以不跳转，继续执行 "MOV R3,#3" 指令

Load/Store指令

1、STR

将指定寄存器中的数据存储到指定的内存地址中。

指令与存放数据的字节数：

• STR   -- 4字节
• STRH -- 2字节
• STRB -- 1字节

格式：

STR 源寄存器 [目标寄存器]

目标寄存器中存放内存的地址

注意：源寄存器中数据为多少字节，那么目标寄存器存放的地址就得为多少的整数倍。

示例：

将R1的数据写入到R2存放的地址的位置。

这里R2存放的0x40000000为内存，这是因为地址映射时规定了这个地址是内存的起始地址。

这里R1的数据为0xFF000000是4字节，因此R2存放的地址应该为4的整数倍，所以如果R2的值为0x40000001，这就是错误的地址。

2、LDR

将指定的内存地址中的数据读取到指定寄存器中。

指令与取出数据的字节数：

• LDR   -- 4字节
• LDRH -- 2字节
• LDRB -- 1字节

 格式：

LDR 目标寄存器 [源寄存器]

源寄存器存放的是所需取数据的数据地址。

示例：

将R2中存放的地址的数据读出来，存放到R3当中。 

该代码运行结束后，R3就存放了0xFF000000

原文地址：https://blog.csdn.net/Fresh_man111/article/details/143661516

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