對(duì)于嵌入式開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，了解匯編語(yǔ)言和內(nèi)核寄存器是對(duì)內(nèi)核深入理解的基礎(chǔ) 從開(kāi)始寫(xiě)起也沒(méi)想到內(nèi)容有這么多，其中有很多干貨的東西，希望自己能夠說(shuō)明到了。

開(kāi)頭直接來(lái)看幾個(gè)簡(jiǎn)單的匯編指令：

MOV R0，R1MOV PC，R14 上面的指令中使用了匯編 MOV指令，但是其中的 R0，R1，R14，PC分別是什么？哪來(lái)的？怎么用？ 要講 ARM 匯編語(yǔ)言，必須得先了解ARM的內(nèi)核寄存器，內(nèi)核處理所有的指令計(jì)算，都需要用到內(nèi)核寄存器，所以ARM匯編里面指令大都是基于寄存器的操作。 文章前推薦韋東山老師的單片機(jī)核心視頻，視頻可以在韋東山老師官網(wǎng)里面找到：百問(wèn)網(wǎng) ARM版本簡(jiǎn)單介紹： 內(nèi)核（架構(gòu)）版本 處理器版本

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?	?
ARMv1	ARM1
ARMv2	ARM2、ARM3
ARMv3	ARM6、
ARMv4	ARM7、StrongARM
ARMv5	ARM9、ARM10E
ARMv6	ARM11
ARMv7	ARM Cortex-A、ARM Cortex-M、ARM Cortex-R
ARMv8	ARM Cortex-A30、ARM Cortex-A50、ARM Cortex-A70

?

一、ARM內(nèi)核寄存器

內(nèi)核寄存器與外設(shè)寄存器： 內(nèi)核寄存器與外設(shè)寄存器是完全不同的概念。內(nèi)核寄存器是指 CPU 內(nèi)部的寄存器，CPU處理所有指令數(shù)據(jù)需要用到這些寄存器保存處理數(shù)據(jù)；外設(shè)寄存器是指的 串口，SPI，GPIO口這些設(shè)備有關(guān)的寄存器。 在我的另一篇博文：FreeRTOS記錄（三、FreeRTOS任務(wù)調(diào)度原理解析_Systick、PendSV、SVC）內(nèi)核中斷管理 章節(jié)講到過(guò)Cortex-M的寄存器的相關(guān)內(nèi)容，這里我們?cè)俸?jiǎn)單說(shuō)明一下：

1.1 M3/M4內(nèi)核寄存器

對(duì)于M3/M4而言：

R13，棧指針(Stack Pointer)

R13寄存器中存放的是棧頂指針，M3/M4 的棧是向下生長(zhǎng)的，入棧的時(shí)候地址是往下減少的。

裸機(jī)程序不會(huì)用到PSP，只用到MSP，需要運(yùn)行RTOS的時(shí)候才會(huì)用到PSP。

堆棧主要是通過(guò)POP，PUSH指令來(lái)進(jìn)行操作。在執(zhí)行 PUSH 和 POP 操作時(shí)， SP 的地址寄存器，會(huì)自動(dòng)調(diào)整。

R14 ，連接寄存器(Link Register)

LR 用于在調(diào)用子程序時(shí)存儲(chǔ)返回地址。例如，在使用 BL(分支并連接， Branch and Link)指令時(shí)，就自動(dòng)填充 LR 的值(執(zhí)行函數(shù)調(diào)用的下一指令)，進(jìn)而在函數(shù)退出時(shí)，正確返回并執(zhí)行下一指令。如果函數(shù)中又調(diào)用了其他函數(shù)，那么LR將會(huì)被覆蓋，所以需要先將LR寄存器入棧。

保存子程序返回地址。使用BL或BLX時(shí)，跳轉(zhuǎn)指令自動(dòng)把返回地址放入r14中；子程序通過(guò)把r14復(fù)制到PC來(lái)實(shí)現(xiàn)返回

當(dāng)異常發(fā)生時(shí)，異常模式的r14用來(lái)保存異常返回地址，將r14如?？梢蕴幚砬短字袛?/p>

R15，程序計(jì)數(shù)器(Program Count)

在Cortex-M3中指令是3級(jí)流水線，出于對(duì)Thumb代碼的兼容的考慮，讀取pc時(shí)，會(huì)返回當(dāng)前指令地址+4的值。

讀 PC 時(shí)返回的值是當(dāng)前指令的地址+4，關(guān)于M3、M4 和 A7的 PC值的問(wèn)題需要單獨(dú)來(lái)解釋一下

其中程序狀態(tài)寄存器 ?XPSR：

程序狀態(tài)寄存器，該寄存器由三個(gè)程序狀態(tài)寄存器組成應(yīng)用PSR（APSR） ：包含前一條指令執(zhí)行后的條件標(biāo)志，比較結(jié)果：大于等于，小于，進(jìn)位等等；中斷PSR（IPSR ） ：包含當(dāng)前ISR的異常編號(hào)執(zhí)行PSR（EPSR） ：包含Thumb狀態(tài)位

1.2 A7內(nèi)核寄存器

對(duì)于 A7 而言：

（上圖取自原子教材，此圖在官方文檔《ARM Cortex-A(armV7)編程手冊(cè)V4.0》中第3章.ARM Processor Modes and Registers 部分有英文原版，這里用中文版本更容易理解） A7的 R13、R14、R15 的作用和 M3/4類(lèi)似。 需要注意的一點(diǎn)就是，對(duì)于A7而言**R15，程序計(jì)數(shù)器(Program Count)**：

讀 PC 時(shí)返回的值是當(dāng)前指令的地址+8， PC 指向當(dāng)前指令的下兩條指令地址。

由于ARM指令總是以字對(duì)齊的，故PC寄存器 bit[1:0] 總是00。

A7內(nèi)核的程序狀態(tài)寄存器 ?CPSR：

1.3 ARM中的PC指針的值

因?yàn)锳RM指令采用三級(jí)流水線機(jī)制，所以PC指針的值并不是當(dāng)前執(zhí)行的指令的地址值：

當(dāng)前執(zhí)行地址A的指令，

同時(shí)已經(jīng)在對(duì)下一條指令進(jìn)行譯碼，

同時(shí)已經(jīng)在讀取下下一條指令：PC = A +4 (Thumb/Thumb2指令集)、PC = A + 8 (ARM指令集)

在文檔《ARM ArchitectureReference Manual ARMv7-A and ARMv7-R edition》中對(duì)于 PC 的值有明確的說(shuō)明：M3/M4/M0：

PC的值 = 當(dāng)前地址 + 4；

下面是一個(gè) STM32F103 反匯編程序，找了一段有[pc，#0]的代碼，方便判斷：

A7：

PC的值 = 當(dāng)前地址 + 8；

二、ARM匯編語(yǔ)言

ARM芯片屬于精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)(RISC：Reduced Instruction Set Computing)，具體說(shuō)明在下面這篇博文5.4小結(jié)有過(guò)說(shuō)明：

STM32的內(nèi)存管理相關(guān)（內(nèi)存架構(gòu)，內(nèi)存管理，map文件分析）

2.1 ARM匯編基礎(chǔ)

2.1.1 ARM指令集說(shuō)明

最初，ARM公司發(fā)布了兩類(lèi)指令集：

ARM指令集，32位的ARM指令，每條指令占據(jù)32位，高效，但是太占空間；

Thumb指令集，16位的Thumb指令，每條指令占據(jù)16位，節(jié)省空間；

比如：MOV R0，R1 這條指令，可能是16位的，也可能是32位的

那么在匯編中是如何在 ARM 指令 和 Thumb 指令之間切換呢：

?

?

/*ARM指令?與?Thumb?指令?的切換*/

CODE16??;（表示下面是?Thumb?指令）
...
...

;（調(diào)用下面的B函數(shù)）
bx??B_addr;(B的地址B_addr的bit0?=?0，表示跳轉(zhuǎn)過(guò)去執(zhí)行?ARM?指令)
;A?函數(shù)
...

CODE32??;（表示下面是?ARM?指令）
...
...
;B?函數(shù)
;（回到上面的A函數(shù)）
bx??A_addr?+?1?;(A的地址A_addr的bit0?=?1，表示跳轉(zhuǎn)過(guò)去執(zhí)行?Thumb?指令)
...

/**********************/

?

?

對(duì)于A7、ARM7、ARM9 內(nèi)核而言它們支持 16位的Thumb 指令集 和 32位的 ARM 指令集

對(duì)于M3、M4 內(nèi)核而言它們支持的是 Thumb2 指令集，它支持16位、32位指令混合編程

對(duì)于內(nèi)核來(lái)說(shuō)使用的是 ARM指令集 還是 Thumb指令集，就是在 XPSR 和 CPSR

在M3/M4中， XPSR 寄存器的 T（bit24）：1表示 Thumb指令集根據(jù)上面所述，M3是使用的 Thumb2 指令集，所以會(huì)有 T 總是 1.

在A7中 CPSR中的：T(bit5) ：控制指令執(zhí)行狀態(tài)，表明本指令是 ARM 指令還是 Thumb 指令，通常和 J(bit24)一起表明指令類(lèi)型

?

J(bit24)	T(bit5)	指令集
0	0	ARM
0	1	Thumb
1	1	ThumbEE ?-- ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?提供從Thumb-2而來(lái)的一些擴(kuò)充性，在所處的運(yùn)行環(huán)境下，使得指令集能特別適用于運(yùn)行階段的編碼產(chǎn)生（例如實(shí)時(shí)編譯）。Thumb-2EE是專為一些語(yǔ)言如Limbo、Java、C#、Perl和Python，并能讓實(shí)時(shí)編譯器能夠輸出更小的編譯碼卻不會(huì)影響到性能。
1	0	Jazelle

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回到開(kāi)始的指令 MOV R0，R1

?

?

code?16??;（表示下面指令是16位的?Thumb?指令）
MOV?R0，R1
code?32??;（表示下面指令是32位的?ARM?指令）
MOV?R0，R1
Thumb????;（編譯器會(huì)根據(jù)指令自動(dòng)識(shí)別是32位還是16位的?Thumb2）
MOV?R0，R1

?

?

2.1.2 ARM匯編格式

編碼格式：

不同指令集的編碼格式(以 LDR 為例)，摘自《ARM ArchitectureReference Manual ARMv7-A and ARMv7-R edition》：以“數(shù)據(jù)處理”（其他的還有內(nèi)存訪問(wèn)，分支跳轉(zhuǎn)等）指令為例，UAL匯編格式為：Operation
表示各類(lèi)匯編指令，比如 ADD、MOV；cond表示conditon，即該指令執(zhí)行的條件，如 EQ，NE 等；S表示該指令執(zhí)行后，是否會(huì)影響CPSR寄存器的值， 是否影響CPSR 寄存器的值，書(shū)寫(xiě)時(shí)影響CPSR，否則不影響；Rd
為目的寄存器，用來(lái)存儲(chǔ)運(yùn)算的結(jié)果；Rn第一個(gè)操作數(shù)的寄存器Operand2第二個(gè)操作數(shù) ，其可以有3種操作源：1-- 立即數(shù)2-- 寄存器3-- 寄存器移位

其指令編碼格式如下（32位）：|bit 31-28 ?|27-25 ?|24-21 ?|20 ?|19-16 | 15-12 |11-0 ?||--|--|--|--|--|--|--|--|--||cond ?| 001 |Operation |S ?|Rn |Rd ?| Operand2 |

舉個(gè)例子：

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?

...
CMP?R0，R2??????;比較R0和R2的值
MOV?EQ?R0，R1??;加上EQ，如果上面R0的值和R2的值相等的話，才執(zhí)行此語(yǔ)句
...

?

?

對(duì)于“數(shù)據(jù)處理”處理指令中的Operation ?，指令集如下：對(duì)于其中的條件cond ，如下：

2.1.3 立即數(shù)

在一條ARM數(shù)據(jù)處理指令中，除了要包含處理的數(shù)據(jù)值外，還要標(biāo)識(shí)ARM命令名稱，控制位，寄存器等其他信息。這樣在一條ARM數(shù)據(jù)處理指令中，能用于表示要處理的數(shù)據(jù)值的位數(shù)只能小于32位；

在上面的ARM匯編格式中我們介紹過(guò)，ARM在指令格式中設(shè)定，只能用指令機(jī)器碼32位中的低12位來(lái)表示要操作的常數(shù)。

那么對(duì)于指令MOV R0, #value（把value的值存入R0寄存器）而言，value 的值也不能是任意的值，其值只能是符合某些規(guī)定的數(shù)，在官方文檔中 value 的值需要滿足如下條件：什么是立即數(shù)？

滿足上圖中條件的數(shù)我們稱之為 立即數(shù)，立即數(shù)就是符合一定規(guī)矩的數(shù)。

立即數(shù)表示方式：每個(gè)立即數(shù)由一個(gè)8位的常數(shù)循環(huán)右移偶數(shù)位得到。其中循環(huán)右移的位數(shù)由一個(gè)4位二進(jìn)制的兩倍表示。

立即數(shù) = ?一個(gè)8位的常數(shù) ?循環(huán)位移 ?偶數(shù)位

一個(gè)8bit常數(shù)循環(huán)右移（Y*2 = {0,2,4,6,8, ...,26, 28, 30}）就得到一個(gè)立即數(shù)了;（為什么是0到30的偶數(shù)下面解釋）

如果需要深入理解立即數(shù)，推薦一篇博文：深刻認(rèn)識(shí) -->> 立即數(shù)

ARM處理器是按32位來(lái)處理數(shù)據(jù)的，ARM處理器處理的數(shù)據(jù)是32位，為了擴(kuò)展到32位，因此使用了構(gòu)造的方法，在12位中用8位表示基本數(shù)據(jù)值，用4位表示位移值，通過(guò)用8位基本數(shù)據(jù)值往右循環(huán)移動(dòng)4位位移值*2次，來(lái)表示要操作的常數(shù)。

這里要強(qiáng)調(diào)最終的循環(huán)次數(shù)是4位位移值乘以2得到的，所以得到的最終循環(huán)次數(shù)肯定是一個(gè)偶數(shù)，為什么要乘以2呢，實(shí)質(zhì)還是因?yàn)榉秶粔颍?位表示位移次數(shù)，最大才15次（移位0，等于沒(méi)有循環(huán)），加上8位數(shù)據(jù)還是不夠32位，這樣只能通過(guò)ALU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將4位位移次數(shù)乘以2，這樣就能用12位表示32位常數(shù)了。

所以 12bit 數(shù)據(jù)存放格式如下：|bit 11-8 ?|7-0 ||--|--|--|--|--|--|--|--|--||移位 1111b （0~15） | 8bit常數(shù) |

但是我們?nèi)ヅ袛嘁粋€(gè)數(shù)是否立即數(shù)，實(shí)在是太麻煩了，但是我們想把任意數(shù)值賦給 R0 寄存器，怎么辦？? 這就需要用到偽指令了，下面說(shuō)一說(shuō)什么是偽指令。

2.2 匯編偽指令

匯編語(yǔ)言分成兩塊：標(biāo)準(zhǔn)指令集和非標(biāo)準(zhǔn)指令集。偽指令屬于非標(biāo)準(zhǔn)指令集。

什么是偽指令？

類(lèi)似于宏的東西，把復(fù)雜的有好幾天指令進(jìn)行跳轉(zhuǎn)的完成的小功能級(jí)進(jìn)行新的標(biāo)簽設(shè)定，這就是偽指令。

類(lèi)似于學(xué)c語(yǔ)言的時(shí)候的預(yù)處理，在預(yù)處理的時(shí)候把它定義于一堆的宏轉(zhuǎn)化為真正的c語(yǔ)言的代碼。同樣，偽指令是在定義好之后的匯編，匯編的時(shí)候會(huì)把它翻譯成標(biāo)準(zhǔn)指令，也許一條簡(jiǎn)單的偽指令可以翻譯成很多條標(biāo)準(zhǔn)的匯編指令集，所以這就是偽指令最重要的作用。

我們前面說(shuō)的 CODE16 CODE32也是偽指令，用來(lái)指定其后的代碼格式。

偽指令的作用？

基本的指令可以做各類(lèi)操作了，但操作起來(lái)太麻煩了。偽指令定義了一些類(lèi)似于帶參數(shù)的宏，能夠更好的實(shí)現(xiàn)匯編程序邏輯。（比如我現(xiàn)在要設(shè)置一個(gè)值給寄存器R0，但下次我修改了寄存器R0之后又需要讀出來(lái)剛才的值，那我們就要先臨時(shí)保存值到SPSR,CPSR，然后不斷切換。）

偽指令只是在匯編器之前作用，匯編以后翻譯為標(biāo)準(zhǔn)的匯編令集。

偽指令的類(lèi)別偽指令可分為ARM匯編偽指令和GNU匯編偽指令

ARM匯編偽指令是ARM公司的，GNU匯編偽指令是GNU平臺(tái)的。他們有自己的匯編器，不同的匯編器的解釋語(yǔ)法可以設(shè)成不同。

在這里插入圖片描述

2.2.1 GNU匯編偽指令

這里列出部分偽指令說(shuō)明，具體的偽指令可以結(jié)合 ARM匯編偽指令分析：

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bit 11-8	7-0
.word	分配一個(gè)4字節(jié)空間
.byte	定義單字節(jié)數(shù)據(jù)
.short	定義雙字節(jié)數(shù)據(jù)
.long	定義一個(gè)4字節(jié)數(shù)據(jù)
.equ	賦值語(yǔ)句：.equ a, 0x11
.align	數(shù)據(jù)字節(jié)對(duì)齊：.align 4 (4字節(jié)對(duì)齊)
.global	定義全局符號(hào)：.global Default_Handler
.end	源文件結(jié)束

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2.2.2 ARM匯編偽指令

在我的另一篇博文：STM32的啟動(dòng)過(guò)程（startup_xxxx.s文件解析）

里面有過(guò)一些對(duì)偽指令意思的的說(shuō)明，下面也列出部分說(shuō)明：

AREA：

用于定義一個(gè)代碼段或數(shù)據(jù)段。屬性字段表示該代碼段（或數(shù)據(jù)段）的相關(guān)屬性，多個(gè)屬性用逗號(hào)分隔。其中，段名若以數(shù)字開(kāi)頭，則該段名需用?“?|?”?括起來(lái)：

ALIGN：

ALIGN?偽指令可通過(guò)添加填充字節(jié)的方式，使當(dāng)前位置滿足一定的對(duì)其方式。其中，表達(dá)式的值用于指定對(duì)齊方式，可能的取值為2的冪，如?1?、2?、4?、8?、16?等。若未指定表達(dá)式，則將當(dāng)前位置對(duì)齊到下一個(gè)字的位置。

CODE16和CODE32：

指定其后面的指令為 ARM 指令還是?Thumb?指令，前面介紹過(guò)。

ENTRY：

用于指定匯編程序的入口點(diǎn)。在一個(gè)完整的匯編程序中至少要有一個(gè)?ENTRY?（也可以有多個(gè)，當(dāng)有多個(gè)?ENTRY?時(shí)，程序的真正入口點(diǎn)由鏈接器指定），但在一個(gè)源文件里最多只能有一個(gè)?ENTRY。

在startup_stm32f103xg.s里面就沒(méi)有。

END：

用于通知編譯器已經(jīng)到了源程序的結(jié)尾。IMPORT 和 EXPORT：

IMPORT ?定義表示這是一個(gè)外部變量的標(biāo)號(hào)，不是在本程序定義的EXPORT 表示本程序里面用到的變量提供給其他模塊調(diào)用的

2.2.3 LDR 和 ADR

LDR偽指令:

簡(jiǎn)單介紹了偽指令基礎(chǔ)，回到上一小結(jié)留下的問(wèn)題，想要把任意值復(fù)制給 R0，怎么處理，我們使用偽指令： LDR R0, =value

編譯器會(huì)把“偽指令”替換成真實(shí)的指令：

LDR R0, =0x12
0x12是立即數(shù)，那么替換為：MOV R0, #0x12

LDR R0, =0x123456780x12345678不是立即數(shù)，那么替換為：LDR R0, [PC, #offset] ? ? ? ? // 2. 使用Load Register讀內(nèi)存指令讀出值，offset是鏈接程序時(shí)確定的……Label DCD 0x12345678 ? ?// 1. 編譯器在程序某個(gè)地方保存有這個(gè)值

ADR偽指令:

ADR的意思是：address，用來(lái)讀某個(gè)標(biāo)號(hào)的地址:ADR{cond} Rd, labe1

?

?

ADR??R0,??Loop
...
Loop
????ADD??R0,?R0,?#1

????;(它是“偽指令”，會(huì)被轉(zhuǎn)換成某條真實(shí)的指令，比如：)
ADD?R0,?PC,?#val???;?loop的地址等于PC值加上或者減去val的值，val的值在鏈接時(shí)確定,
...
Loop
????ADD??R0,?R0,?#1

?

?

2.3 ARM匯編指令集

在《ARM Cortex-M3與Cortex-M4權(quán)威指南》一文中第5章節(jié)有詳細(xì)的指令集說(shuō)明：匯編指令可以分為幾大類(lèi)：數(shù)據(jù)處理、內(nèi)存訪問(wèn)、跳轉(zhuǎn)、飽和運(yùn)算、其他指令。

數(shù)據(jù)傳輸命令 MOV

MOV指令，用于將數(shù)據(jù)從一個(gè)寄存器拷貝到另外一個(gè)寄存器，或者將一個(gè)立即數(shù)傳遞到寄存器。

MOV指令的格式為：MOV{條件}{S} 目的寄存器，源操作數(shù)

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?

MOV?R0，R1?????;@將寄存器R1中的數(shù)據(jù)傳遞給R0，即R0=R1
MOV?R0,?#0X12??;@將立即數(shù)0X12傳遞給R0寄存器，即R0=0X12

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?

狀態(tài)寄存器訪問(wèn) MRS 和 MSR

MRS指令，用于將特殊寄存器(如CPSR和SPSR)中的數(shù)據(jù)傳遞給通用寄存器。

MSR指令，和MRS相反，用來(lái)將普通寄存器的數(shù)據(jù)傳遞給特殊寄存器。

?

?

;M3/M4
MRS??R0,?APSR??;單獨(dú)讀APSR
MRS??R0,??PSR??;?讀組合程序狀態(tài)

;A7
MRS??R0,?CPSR??;?讀組合程序狀態(tài)

...
MSR?CPSR,R0???;傳送R0的內(nèi)容到CPSR

?

?

存儲(chǔ)器訪問(wèn) LDR 和 STR

LDR:

LDR 指令用于從存儲(chǔ)器中將一個(gè)32位的字?jǐn)?shù)據(jù)傳送到目的寄存器中。該指令通常用于從存儲(chǔ)器中讀取32位的字?jǐn)?shù)據(jù)到通用寄存器，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

指令的格式為：LDR{條件} 目的寄存器，<存儲(chǔ)器地址>

當(dāng)程序計(jì)數(shù)器PC作為目的寄存器時(shí)，指令從存儲(chǔ)器中讀取的字?jǐn)?shù)據(jù)被當(dāng)作目的地址，從而可以實(shí)現(xiàn)程序流程的跳轉(zhuǎn)。

LDRB: 字節(jié)操作

LDRH: 半字操作

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?

LDR?Rd,?[Rn?,?#offset]?;從存儲(chǔ)器Rn+offset的位置讀取數(shù)據(jù)存放到Rd中。
...
LDR?R0,?=0X02077004?;偽指令，將寄存器地址?0X02077004?加載到?R0?中，即?R0=0X02077004
LDR?R1,?[R0]????????;讀取地址?0X02077004?中的數(shù)據(jù)到?R1?寄存器中
...
LDR  R0,[R1，R2]??????;將存儲(chǔ)器地址為R1+R2的字?jǐn)?shù)據(jù)讀入寄存器R0。
LDR??R0,[R1，＃8]?????;將存儲(chǔ)器地址為R1+8的字?jǐn)?shù)據(jù)讀入寄存器R0。
...
LDR??R0,[R1，R2，LSL＃2]!?;將存儲(chǔ)器地址R1＋R2×4的字?jǐn)?shù)據(jù)讀入寄存器R0，并將新地址R1＋R2×4寫(xiě)入R1。
LDR??R0,[R1]，R2，LSL＃2??;將存儲(chǔ)器地址R1的字?jǐn)?shù)據(jù)讀入寄存器R0，并將新地址R1＋R2×4寫(xiě)入R1。
...
LDRH  R0,[R1]??????；將存儲(chǔ)器地址為R1的半字?jǐn)?shù)據(jù)讀入寄存器R0，并將R0的高16位清零。

?

?

STR:

STR 指令用于從源寄存器中將一個(gè)32位的字?jǐn)?shù)據(jù)傳送到存儲(chǔ)器中。該指令在程序設(shè)計(jì)中比較常用，且尋址方式靈活多樣，使用方式可參考指令LDR。

指令的格式為：STR{條件} 源寄存器，<存儲(chǔ)器地址>

STRB: 字節(jié)操作，從源寄存器中將一個(gè)8位的字節(jié)數(shù)據(jù)傳送到存儲(chǔ)器中。該字節(jié)數(shù)據(jù)為源寄存器中的低8位。

STRH: 半字操作，從源寄存器中將一個(gè)16位的半字?jǐn)?shù)據(jù)傳送到存儲(chǔ)器中。該半字?jǐn)?shù)據(jù)為源寄存器中的低16位。

?

?

STR?Rd,?[Rn,?#offset]?;將Rd中的數(shù)據(jù)寫(xiě)入到存儲(chǔ)器中的Rn+offset位置。
...
LDR?R0,?=0X02077004?;將寄存器地址?0X02077004?加載到?R0?中，即?R0=0X02077004
LDR?R1,?=0X2000060c?;R1?保存要寫(xiě)入到寄存器的值，即?R1=0X2000060c
STR?R1,?[R0]????????;將?R1?中的值寫(xiě)入到?R0?中所保存的地址中
...
STR?R0，[R1],#8??;將R0中的字?jǐn)?shù)據(jù)寫(xiě)入以R1為地址的存儲(chǔ)器中，并將新地址R1＋8寫(xiě)入R1。
STR?R0，[R1,#8]??;將R0中的字?jǐn)?shù)據(jù)寫(xiě)入以R1＋8為地址的存儲(chǔ)器中。
...

?

?

壓棧和出棧 PUSH 和 POP

PUSH :

壓棧，將寄存器中的內(nèi)容，保存到堆棧指針指向的內(nèi)存上面，將寄存器列表存入棧中。

PUSH < reg list >

POP :

出棧，從棧中恢復(fù)寄存器列表

POP < reg list >

?

?

push?{R0,?R1}???;保存R0,R1
push?{R0~R3,R12}?;保存?R0~R3?和?R12，入棧
pop?{R0~R3}???????;恢復(fù)R0?到?R3?，出棧

?

?

以M3內(nèi)核來(lái)舉個(gè)例子：

假設(shè)當(dāng)前 MSP 值為 ?0x2000 2480；寄存器 R0 的值為 0x3434 3434寄存器 R1 的值為 0x0000 1212寄存器 R2 的值為 0x0000 0000

執(zhí)行push {R0, R1，R2}之后，

內(nèi)存地址的數(shù)據(jù)為：0x2000 2474的值為: 0x3434 3434 ?（R0的值）0x2000 2478的值為: 0x0000 1212 ?（R1的值）0x2000 247C的值為: 0x0000 0000 （R2的值）MSP 的值變成 ?0x2000 2474

高位寄存器保存到高地址，先入棧，如果是POP，數(shù)據(jù)先出到低位寄存器

跳轉(zhuǎn)指令 B 和 BL

B :

ARM 處理器將立即跳轉(zhuǎn)到指定的目標(biāo)地址，不再返回原地址。

B指令的格式為：B{條件} 目標(biāo)地址

注意存儲(chǔ)在跳轉(zhuǎn)指令中的實(shí)際值是相對(duì)當(dāng)前PC值的一個(gè)偏移量，而不是一個(gè)絕對(duì)地址，它的值由匯編器來(lái)計(jì)算。

?

?

//設(shè)置棧頂指針后跳轉(zhuǎn)到C語(yǔ)言
_start:
ldr?sp,=0X80200000??;設(shè)置棧指針
b?main??????????;跳到?main?函數(shù)

?

?

BL :

BL 跳轉(zhuǎn)指令，在跳轉(zhuǎn)之前會(huì)在寄存器LR(R14)中保存當(dāng)前PC寄存器值，所以可以通過(guò)將LR 寄存器中的值重新加載到PC中來(lái)繼續(xù)從跳轉(zhuǎn)之前的代碼處運(yùn)行，是子程序調(diào)用的常用的方法。

?

?

BL?loop??;跳轉(zhuǎn)到標(biāo)號(hào)loop處執(zhí)行時(shí)，同時(shí)將當(dāng)前的PC值保存到R14中

?

?

BLX:

該跳轉(zhuǎn)指令是當(dāng)子程序使用Thumb指令集，而調(diào)用者使用ARM指令集時(shí)使用。

BLX指令從ARM指令集跳轉(zhuǎn)到指令中所指定的目標(biāo)地址，并將處理器的工作狀態(tài)有ARM狀態(tài)切換到Thumb狀態(tài)，該指令同時(shí)將PC的當(dāng)前內(nèi)容保存到寄存器R14中。

BX:

BX指令跳轉(zhuǎn)到指令中所指定的目標(biāo)地址，目標(biāo)地址處的指令既可以是ARM指令，也可以是Thumb指令。

算數(shù)運(yùn)算指令

算數(shù)運(yùn)算指令和下面的邏輯運(yùn)算指令表格摘自《【正點(diǎn)原子】I.MX6U嵌入式Linux驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)指南》

邏輯運(yùn)算指令

在這里插入圖片描述

三、代碼反匯編簡(jiǎn)析

匯編匯編文件轉(zhuǎn)換為目標(biāo)文件(里面是機(jī)器碼，機(jī)器碼是給CPU使用的，燒錄保存在Flash空間的就是機(jī)器碼)。

反匯編可執(zhí)行文件(目標(biāo)文件，里面是機(jī)器碼)，轉(zhuǎn)換為匯編文件。

3.1 不同編譯器的反匯編

3.1.1 Keil下面生成反匯編文件

fromelf –text -a -c –output=(改成你想生成的反匯編名字一般是工程名字).dis (需要的axf文件，根據(jù)你工程生成axf的路徑填寫(xiě)).axf設(shè)置好以后編譯之后就會(huì)生成反匯編.dis文件：

打開(kāi)如下所示：對(duì)于上圖中的紅色圈出來(lái)的語(yǔ)句，我們可以根據(jù)本文 第 二 章節(jié)的第2小節(jié) ARM匯編格式中的介紹來(lái)分析一下：

簡(jiǎn)單分析如下（立即數(shù)就不分析了= =！）：

3.1.2 gcc下生成反匯編文件

在X86架構(gòu)下的電腦上生成ARM架構(gòu)的匯編代碼有兩種方式：

使用交叉編譯工具鏈 指定-S選項(xiàng)可以生成匯編中間文件。ex：gcc -S test.c

使用 objdump 反匯編 arm二進(jìn)制文件。

上述兩種方法的區(qū)別為：

（1）反匯編可以生成ARM指令操作碼，-S生成的匯編沒(méi)有指令碼（2）反匯編的代碼是經(jīng)過(guò)編譯器優(yōu)化過(guò)的。（3）反匯編代碼量很大。

對(duì)于ARM Cortex-M，使用的是 arm-none-eabi-objdump，常用指令如下：

arm-none-eabi-objdump -d -S(可省) a1.o ? 查看a1.o反匯編可執(zhí)行段代碼

arm-none-eabi-objdump -D -S(可省) a1.o ? 查看a1.o反匯編所有段代碼

arm-none-eabi-objdump -D -b binary -m arm ab.bin ?查看ab.bin反匯編所有代碼段

對(duì)于使用 arm-none-eabi-gcc ?工具鏈（以STM32CUbeMX）的內(nèi)核來(lái)說(shuō)，使用如下方式生成反匯編文件：

$(OBJDUMP) -D -b binary -m arm ?(需要的elf文件，一般是工程名字).elf ?> (改成你想生成的反匯編名字，一般是工程名字).dis ? ? ? # OBJDUMP = arm-none-eabi-objdump

-D表示對(duì)全部文件進(jìn)行反匯編，-b表示二進(jìn)制，-m表示指令集架構(gòu)

Makefile修改如下：

?

?

...
TARGET?=?D6TPir
#######################################
#?paths
#######################################
#?Build?path
BUILD_DIR?=?build
...
PREFIX?=?arm-none-eabi-
...
OBJDUMP?=?$(PREFIX)objdump

dis:
?$(OBJDUMP)?-D?-b?binary?-m?arm?$(BUILD_DIR)/$(TARGET).elf?>?$(BUILD_DIR)/$(TARGET).dis
#?$(OBJDUMP)?-D?-b?binary?-m?arm?$(BUILD_DIR)/$(TARGET).bin?>?$(BUILD_DIR)/$(TARGET).dis

?

?

執(zhí)行 make ?dis 即可生成 .dis 文件：打開(kāi)文件查看，發(fā)現(xiàn)怎么這個(gè)匯編語(yǔ)言有點(diǎn)不一樣：經(jīng)過(guò)研究了一段時(shí)間，加上了-M force-thumb后稍微有點(diǎn)樣子了：在網(wǎng)上有各種參考，但是我都測(cè)試過(guò)了，并沒(méi)有找到合適的生成完全和標(biāo)準(zhǔn)匯編一致的那種，-M后面的參數(shù)也不能亂加，需要根據(jù)自己的交叉編譯器，因?yàn)檫@里用的是 arm-none-eabi-gcc，所以可以通過(guò)arm-none-eabi-objdump --help 查看能用的命令和參數(shù)：gcc工具鏈下的匯編還是不太熟悉，所以我們下面反匯編文件與 C語(yǔ)言的對(duì)比，使用Keil下的反匯編進(jìn)行說(shuō)明。

3.2 C 和 匯編 比較分析

前面介紹了那么多，最終用一個(gè)簡(jiǎn)單的程序?qū)Ρ纫幌翪語(yǔ)言反匯編后的匯編語(yǔ)言，加深一下印象，當(dāng)作個(gè)實(shí)戰(zhàn)總結(jié)。

基于STM32L051（Cortex-M0）內(nèi)核，目的是為了比較C和匯編，用了個(gè)最簡(jiǎn)單的程序來(lái)分析，沒(méi)有用到任務(wù)外設(shè)，程序如下：

?

?

//前面省略...
void?delay(u32?count)
{
?while(count--);
}

u32?add(u16?val1,u16?val2)
{
?u32?add_val;
?
?add_val?=?val1?+?val2;
?
?return?add_val;
}
?int?main(void)
?{
?u16?a,b;
?u32?c;
?a?=?12345;
?b?=?45678;
?c?=?add(a,b);
?while(1)
?{
???c--;
???delay(200000);
??}
?}

?

?

反匯編的代碼對(duì)應(yīng)部分如下（因?yàn)榛?a href="http://www.1cnz.cn/v/tag/1751/" target="_blank">硬件平臺(tái)，其他異常中斷，堆，棧，包括其他一些也有匯編代碼，這里省略）：

?

?

;省略前面
????delay
????????0x080001ae:????bf00????????..??????NOP??????
????????0x080001b0:????1e01????????..??????SUBS?????r1,r0,#0
????????0x080001b2:????f1a00001????....????SUB??????r0,r0,#1
????????0x080001b6:????d1fb????????..??????BNE??????0x80001b0?;?delay?+?2
????????0x080001b8:????4770????????pG??????BX???????lr
????add
????????0x080001ba:????4602????????.F??????MOV??????r2,r0
????????0x080001bc:????1850????????P.??????ADDS?????r0,r2,r1
????????0x080001be:????4770????????pG??????BX???????lr
????main
????????0x080001c0:????f2430439????C.9.????MOV??????r4,#0x3039
????????0x080001c4:????f24b256e????K.n%????MOV??????r5,#0xb26e
????????0x080001c8:????4629????????)F??????MOV??????r1,r5
????????0x080001ca:????4620?????????F??????MOV??????r0,r4
????????0x080001cc:????f7fffff5????....????BL???????add?;?0x80001ba
????????0x080001d0:????4606????????.F??????MOV??????r6,r0
????????0x080001d2:????e003????????..??????B????????0x80001dc?;?main?+?28
????????0x080001d4:????1e76????????v.??????SUBS?????r6,r6,#1
????????0x080001d6:????4804????????.H??????LDR??????r0,[pc,#16]?;?[0x80001e8]?=?0x30d40
????????0x080001d8:????f7ffffe9????....????BL???????delay?;?0x80001ae
????????0x080001dc:????e7fa????????..??????B????????0x80001d4?;?main?+?20
????$d
????????0x080001de:????0000????????..??????DCW????0
????????0x080001e0:????e000ed0c????....????DCD????3758157068
????????0x080001e4:????05fa0000????....????DCD????100270080
????????0x080001e8:????00030d40????@...????DCD????200000
;省略后面

?

?

3.2.1 MOV后面 立即數(shù)的疑問(wèn)

在對(duì)比分析這段代碼前，在 main 函數(shù)中的第一句：

?

?

0x080001c0:????f2430439????C.9.????MOV??????r4,#0x3039

?

?

就有一個(gè)大大的疑問(wèn)， MOV r4,#0x3039中 0x3039 并不是立即數(shù)（按照我們第二章 立即數(shù)的說(shuō)明） ，包括接下來(lái)的 0xb26e 也不是立即數(shù)，怎么可以直接用 mov，按理來(lái)說(shuō)需要用 LDR偽指令的？？

至于這個(gè)問(wèn)題，網(wǎng)上簡(jiǎn)單查找了一下，找到一篇有關(guān)說(shuō)明的文章：ARM 匯編的mov操作立即數(shù)的疑問(wèn) ?其中有說(shuō)到，在 keil 公司方網(wǎng)站里關(guān)于arm匯編的說(shuō)明里有這么一段：

SyntaxMOV{cond} Rd, #imm16where: imm16 is any value in the range 0-65535.

所以是不是在 Keil 中的arm匯編 立即數(shù)可以使16位的？

為了驗(yàn)證一下，我稍微修改了一下程序，就是把a(bǔ)的值賦值超過(guò)16位（當(dāng)然定義函數(shù)之類(lèi)的也要跟著改，測(cè)試代碼中a為u16的無(wú)符號(hào)整形），測(cè)試了一下。

a賦值為 65535，結(jié)果如下（65535不是立即數(shù)，也可以直接mov）：

?

?

0x080001c0:????f64f75ff????O..u????MOV??????r5,#0xffff?

?

?

a賦值為 65536，結(jié)果如下（65536是立即數(shù)，可以直接mov）：

?

?

0x080001c0:????f44f3580????O..5????MOV??????r5,#0x10000

?

?

a賦值為一個(gè)大于16位的，不是立即數(shù)的數(shù)，比如：0x1FFFF ：

?

?

0x080001c0:????4d08????????.M??????LDR??????r5,[pc,#32]?;?[0x80001e4]?=?0x1ffff

?

?

果然，最后當(dāng) a 大于16位，不是立即數(shù)時(shí)候，會(huì)使用偽指令 LDR，所以我們可以得出結(jié)論：

在 Keil 中的arm匯編中，16位內(nèi)（包括16位）的數(shù)都直接使用 MOV 賦值，大于16位，如果是立即數(shù)，直接使用MOV，不是立即數(shù)用LDR （立即數(shù)的判斷方式還是前面講的那樣）

3.2.2 反匯編文件解析

對(duì)于上面的示例程序的匯編碼，簡(jiǎn)單解析如下：添加一個(gè)有意思的測(cè)試對(duì)于delay函數(shù)中的語(yǔ)句，上圖是while(count--);改成while(--count);后匯編代碼如下：

對(duì)于上面的測(cè)試程序，匯編中并沒(méi)有使用到 PUSH 和 POP 指令，因?yàn)槌绦蛱?jiǎn)單了，不需要使用到棧，為了能夠熟悉下單片機(jī)中必須且經(jīng)常需要用到的 棧，我們稍微修改一下add函數(shù)，在add函數(shù)中調(diào)用了delay函數(shù)：

?

?

u32?add(u16?val1,u16?val2)
{
?u32?add_val;
?
?add_val?=?val1?+?val2;
?
?delay(10);
?
?return?add_val;
}

?

?

對(duì)于的add函數(shù)匯編代碼如下：

?

?

?add
????????0x080001ba:????b530????????0.??????PUSH?????{r4,r5,lr}???;把r4?r5?lr的值入棧
????????0x080001bc:????4603????????.F??????MOV??????r3,r0
????????0x080001be:????460c????????.F??????MOV??????r4,r1
????????0x080001c0:????191d????????..??????ADDS?????r5,r3,r4
????????0x080001c2:????200a????????.???????MOVS?????r0,#0xa
????????0x080001c4:????f7fffff3????....????BL???????delay?;?0x80001ae
????????0x080001c8:????4628????????(F??????MOV??????r0,r5
????????0x080001ca:????bd30????????0.??????POP??????{r4,r5,pc}??;把r4?r5?lr的值出棧，

?

?

（匯編中可以看到指令后面后面加了個(gè)S ，MOVS 、ADDS，這就是我們前面說(shuō)到的，帶了S 會(huì)影響 xPSR 寄存器中的值）

可以看到，因?yàn)榇嬖诤瘮?shù)的多次調(diào)用，main函數(shù)中調(diào)用add函數(shù)，add函數(shù)中調(diào)用delay函數(shù)，所以在add函數(shù)運(yùn)行之前，通過(guò) push 把 r4,r5,lr 寄存器的值先存入棧中，等待程序執(zhí)行完（函數(shù)調(diào)用結(jié)束）再吧 ?r4,r5,lr 寄存器的值恢復(fù)。

上面的程序雖然簡(jiǎn)單，但是通過(guò)我們C程序 與 匯編程序的對(duì)比分析，能夠讓我們更加深入的理解匯編語(yǔ)言.

審核編輯：黃飛

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