初识汇编指令

1. ARM汇编指令

目的认识汇编, 从而更好的进行C语言编程

RAM指令格式: 了解

4字节宽度地址4字节对齐方便寻址

1.1 指令码组成部分 :

condition: 高4bit[31:28] 条件码 0-15 （16个值）

条件码: 用于指令的条件执行 , ARM指定绝大部分都可以条件执行

可以让程序不必要跳转而执行分支结构不打断流水线效率更高

指令操作码: [24:21] 指令本身的编号可以有16种指令

Rn: 第一操作寄存器第一个操作对象寄存器

Rd: 目标寄存器用于存放输出结果的寄存器

Rm: 第二操作寄存器或立即数或立即数移位

S位: 用于指定该指令是否记录其状态到 CPSR中

1.2汇编编程格式:

1. 汇编指令编译后将生成一条对应值指令码

2. 汇编伪指令编译后将生成一条或多条指令码

3. 汇编操作(标志符号) .text .end ...

.text  汇编代码段开始  属于汇编操作
mov r0,#1   @ 汇编指令  
.data  汇编数据段开始 
.end   汇编代码结束

1.3 汇编中的类型:

ARM 约定:

Byte： 8bits(1byte) 字节 char

Halfword： 16bits(2byte) 半字 short

Word： 32bits(4byte) 字 int

Doubleword： 64bits （cortex-a）

2. 数据搬移指令

mov mvn

2.1 立即数

使用12bit 按规则可以存放的数称立即数

0 - 2^12-1 即最大2048

12bit分两部分高4bit 存放循环右移的偶数次

低8bit 存放右移的数本身

立即数定义: 一个数可以通过一个8bit（最大255）数循环右移偶数位得到, 该数即立即数目的扩大了可以输入的值的值域范围即 0-2^32 但不连续

2.1.1 举例

指令 mov r0,#0xff000

汇编如下

0x00000000 E3A00AFF MOV R0,#0x000FF000

立即数0xff000二进制如下

0000 0000 0000 1111 1111 0000 0000 0000

靠1111 1111 循环右移 10*2 = 20位得到

0000 0000 0000 1111 1111 0000 0000 0000

小知识 ：

循环右移: 桶型移位器硬件设备

2.1.2 练习: 判断下列数是否为立即数

(1) 100(十进制）是（因为100 8个bit就能装下，移不移位不影响的）

(2) 0x F000000F 是 0xff 循环右移 4位是立即数

解释，汇编如下

0x00000000 E3A002FF MOV R0,#0xF000000F

靠000000FF 右移4位得到立即数 -----> F000000F

二进制的写法

0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111 1111

右移4位 -----> 1111 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111

(3) 0X 0F0F0F0F 不是立即数 (因为中间的0不可能靠移位能够得到)

(4) 0X 12300 不是立即数（因为右移的本身数部分8个bit怎么都装不下）

解释

0X 12300 二进制如下

0000 0000 0000 0001 0010 0011 0000 0000

黄色部分8个bit装不下，至少9个bit了，不符合立即数定义

(5) 0x 12c00 是

0000 0000 0000 0001 0010 1100 0000 0000

黄色部分7个bit可以装下，符合定义

本身数0100 1011 = 4b开始循环右移，写满32位如下

0000 0000 0000 0000 0000 0000 0100 1011 右移 4 如下

1011 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0100 右移 8 如下

0100 1011 0000 0000 0000 0000 0000 0000 右移 16 如下

0000 0000 0100 1011 0000 0000 0000 0000 右移22 如下

00 00|00 00|00 00|00 01|00 10|11 00|00 00|00 00

规整

0 0 0 1 2 C 0 0

看看汇编如下，双数分析正确

0x00000000 E3A00B4B MOV R0,#0x00012C00

(6) 0X 1060 不是

0000 0000 0000 0000 0001 0000 0110 0000

虽然红字刚好8个bit可以装下，但是前面的0（黄色部分的个数是奇数个，不符合立即数规定）

2.2 有效数

2.2.1 装载0x FFFFFFFF

mov r0,#0xffffffff （这里的0xffffffff就是有效数）

汇编如下

0x00000000 E3E00000 MVN R0,#0x00000000

可以看到 mov 编程mvn 了

mvn 将数进行取反后在进行装载

有效数: 一个数取反后是立即数

2.2.2装载 0x12345678

这个程序直接报错，因为无论是立即数还是有效数，都无法装载

但是使用伪指令可以装载

2. 伪指令:

暂时了解即可

ldr r0,=0x12345678

汇编如下

0x00000004 E51F0004 LDR R0,[PC,#-0x0004]

偏移

3. 移位操作指令:

lsl 逻辑左移: 对无符号数操作 << 高位移出丢弃低位补0

lsr 逻辑右移: 对无符号数操作 >> 低位移出丢弃高位补0

asr 算数右移: 对有符号数操作 >> 低位移出丢弃高位补符号位

ror 循环右移: 低位移出补充到高位

3.1逻辑左移和逻辑右移

@移位操作 
mov r0,#1
lsl r1,r0,#2 @相当于c语言的r1 = r0<<2;  左移相当于做乘法 R0 * 2^2
lsr r2,r1,#1 @相当于c语言的r2 = r1>>2;  右移相当于做除法 R1 / 2^1

3.2 C语言实现循环右移:

unsigned int  ROR(unsigned int a, char cnt)
{
	int f = 0;
	while(cnt--)
	{
		f =  a & 1;  //取出低位
		a >> 1;     // 右移 
		a = a | (f << 31);  // 补充高位
	}
}

3.2 算数右移

@算数右移
ldr r3,=-5
asr r4,r3,#1   @ 算数右移1位 R3 / 2^1

1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1011 = -5 右移一位如下低位移出丢弃高位补符号位

1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1101 = -3

4. 算数指令:

在指令后+s 后缀表示该指令若存在进位要影响CPSR中的nzcv位

add 加法

adc 带进位加法

sub 减法

sbc 带借位减法

rsb 逆向减法

rsc 带借位逆向减法

mul 乘法指令

举例

@ 算数运算 
MOV R0, #5
MOV R1, #2
ADD R1,R0   @相当于c语言的r1 += r0

4.1练习

4.1.1 32位寄存器实现64位加减法:

a = 0x12345678 87654321

b = 0x12345678 88888888

加法

r0 高32bit r1 低32bit

@32位寄存器 实现64位加法: a = 0x12345678 87654321   b = 0x12345678 88888888 
ldr r0,=0x12345678 @使用伪指令分开装
ldr r1,=0x87654321
ldr r2,=0x12345678
ldr r3,=0x88888888 

adds r5,r1,r3  @ 计算低32位  s 表示cpsr要存储进位标志 
adc  r4,r0,r2  @ 计算高32位  R4 = R0+R2+进位标志

a = 0x12345678 87654321

b = 0x12345678 88888888

a+b 0x2468acf1 0fedcba9

减法

@ 练习实现 a-b 
subs r5,r1,r3  @ 计算低32位  R5=R1-R3
sbc  r4,r0,r2  @ 计算高32位

a = 0x12345678 87654321

b = 0x12345678 88888888

a-b 0xffffffff fedcba99

4.1.2 逆向减法指令

按规定立即数必须在最后面比如这样sub r1,r0,#5 不能写成sub r1,#5,r0

但是我们的需求是实现 5-r0 这个时候就使用rsb r2,r0,#5

@逆向减法指令
mov r0,#10
@sub r1,r0,#5   @ r1=r0-5; @按规定立即数必须在最后面 比如这样sub r1,r0,#5  不能写成sub r1,#5,r0
rsb r2,r0,#5   @ r1 = 5-r0

FFFF FFFB 补码

FFFF FFFA 反码

0000 0005 源码即 -5

4.1.3 乘法指令

@乘法指令
mov r0,#10
mov r1,#5
mul r3,r0,r1   @ r0=r0*r1   这里r3等于  50

5. 位运算

位运算 C语言: & 按位与

| 按位或

^ 按位异或

~ 按位取反（ mvn在汇编中既可以搬运数据也可以取反）

and orr eor

逻辑运算: !非 &&逻辑与 ||逻辑或

and & 按位操作与0得0 与1不变

@与运算
mov r0,#0xff
and r1,r0,#0xf

orr | 按位操作或1得1 或0不变

@或运算
mov r0,#0xff
orr r1,r0,#0xf

eor ^ 按位操作相同为0 不同为1

@异或运算
mov r0,#0xff
eor r1,r0,#0xf

5.1 位运算的应用:

5.1.1 有一个数 a [31:0] 希望其中 [7:4] = 0 其他bit不变

a = **** **** **** **** **** **** [****] ****

a & 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0000 1111 ----> 即 ~ 1111 0000

a & ~ 1111 0000

a = a & ~ (0xf << 4);

= **** **** **** **** **** **** [0000] ****

5.1.2 有一个数 a [31:0] 希望其中 [7:4] = 0x7 其他bit不变

a = **** **** **** **** **** **** [****] ****

a & 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0000 1111

= **** **** **** **** **** **** [0000] ****

a | 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0111 0000

a | (0x7 << 4)

= **** **** **** **** **** **** [0111] ****

a = (a & ~ (0xf << 4)) | (0x7 << 4);

5.1.3 有一个数 a [31:0] 希望其中 [18:9] = 0x123 其他bit不变

a = **** **** **** *[*** **** ***]* **** ****

& ~(0x3ff << 9);

a = **** **** **** *[000 0000 000]* **** ****

| (0x123 << 9)

a = (a & ~ (0x3ff << 9)) | (0x123 << 9);

5.1.4 规律（重点）

有一个数 a [31:0] 希望其中 [m:n] = x 其他bit不变

a = (a & ~ ( P << n)) | (x << n); 其中 P= 2^(m-n+1) - 1; P本质是位宽这么多个1的值

6. 位操作指令

bic 位清除指令用于清除指定的位

6.1 bic位清除指令

bic 位清除指令用于清除指定的位

bic的规律是遇见 0 不变遇见1 清0

@位操作指令bic
@清除4-7位为0
mov r0,#0xff
bic r1,r0,#0xf0 @ 类似于 R1=R0 & ~(0XF0)

6.2 条件码

条件执行与条件码: 在指令后边添加条件后缀表示条件执行

共有16种条件以下是常用的

EQ 相等执行

NE 不相等执行

有符号数比较

GT >

GE >=

LT <

LE <=

6.3 比较指令:

执行结果在 CPSR 中的 NZCV位体现不需要目标寄存器

----->>>

TST 测试指定位是否为0

cmp 比较大小 > < == != >= <=

teq 比较相等否 == !=

6.2.1 cmp

if(a > 0)
	a= 5;
else        // <= 0
	a= 6;

将上述代码编译成汇编代码

@比较指令  与  条件指令
@ if(a > 0)
@	a= 5;
@ else        // <= 0
@	a= 6;
@将上述代码改写为汇编

mov r0,#2
cmp r0,#0  @比较r0  与  0的关系
movgt r0,#5  @意思是如果r0>0 就将r0赋值为5
movle r0,#6  @意思是如果r0<=0 就将r0赋值为6

NOP   @ 空指令  MOV R0,R0  浪费时间

7. 跳转指令:

b : 不带链接的跳转类似 goto

bl : 带链接的跳转就是跳转时会将PC指针备份到 lr寄存器中

7.1 b指令

这段代码的意思就是在开始设置了一个loop地址标记，在最后 b loop 在此跳转到地址标记处执行代码

loop: @地址标记
mov r0,#2
cmp r0,#0  @比较r0  与  0的关系
movgt r0,#5  @意思是如果r0>0 就将r0赋值为5
movle r0,#6  @意思是如果r0<=0 就将r0赋值为6

NOP   @ 空指令  MOV R0,R0  浪费时间 
b loop @ 跳转到标记loop出开始执行

7.1.1 汇编实现:求 1+2+3 +.. 100 = ???

c实现

for(int i =1, sum = 0; i<= 100; i++)  
    sum += i;

汇编如下

@汇编实现求 1+2+3 +.. 100 = ???
@ for(int R0 =1, R1 = 0; R0 <= 100; R0++)  R1 += R0;

mov r0,#1 @给r0 为1 
mov r1,#0 @给r1 为0  用来存储结果
loop:  @地址标记
cmp r0,#100  @比较r0 和 100 的大小
addle r1,r0  @如果r0 <= 100  就执行 r1 = r1+r0
addle r0,#1	 @如果r0 <=100  就执行 r0 = r0+1
ble loop   @ 只有条件满足时(r0 <= 100 )才会 跳转到标记loop出开始执行（不满足则跳出即r0 > 100）

NOP

@汇编实现求 1+2+3 +.. 100 = ???
@ for(int R0 =1, R1 = 0; R0 <= 100; R0++)  R1 += R0;

mov r0,#1 @给r0 为1 
mov r1,#0 @给r1 为0  用来存储结果
loop:  @地址标记
cmp r0,#100  @比较r0 和 100 的大小
addle r1,r0  @如果r0 <= 100  就执行 r1 = r1+r0
addle r0,#1	 @如果r0 <=100  就执行 r0 = r0+1
ble loop   @ 只有条件满足时(r0 <= 100 )才会 跳转到标记loop出开始执行（不满足则跳出即r0 > 100）

NOP

7.1.2 练习

编译如下C代码为汇编指令:

switch(a)

{

case 1: a=5; break;

case 2: a=6;

case 3: a=7; break;

default: a=10;

}

mov r0,#1
teq r0,#1  @ case 1:
moveq r0,#5 @相等时执行
beq _end  	@break

teqne r0,#2 @  如果case 1未命中（r0不等于1），则继续比较r0中的值是否等于2。
moveq r0,#6  @ a = 6 如果比较结果相等（teqne指令执行后，r0等于2），则执行这行指令

teqne r0,#3  @ 如果case 2未命中（r0不等于2），则继续比较r0中的值是否等于3。
moveq r0,#7  @ 如果比较结果相等（teqne指令执行后，r0等于3），则执行这行指令。
beq _end  	@break @ 如果在case 3中执行了moveq指令（r0被设置为7），则跳转到标签_end处。

movne R0,#10   @default  @ 如果前面的case都未命中（r0不等于1、2或3），则执行这行指令。
					@ movne指令在不相等（not equal）条件下，将立即数10（#10）移动到r0寄存器中

_end:
nop

7.2 bl指令

主要作用于函数调用

c语言

int addNum(int a,int b, int c)
{
	return a+b+c;
}	
a = addNum(1,2,3);

汇编实现

C语言标准规范:

规定函数的调用参数前4个参数使用 r0-r3传递，超过4个的参数使用栈传递

返回值通过R0传递

@bl指令实现 定义函数
@int addNum(int a,int b, int c)
@{
@	return a+b+c;
@}	
@a = addNum(1,2,3);

@准备参数
mov r0,#1
mov r1,#2
mov r2,#3
@调用函数
bl addNum
nop
nop

@定义函数
addNum:  @r0,r1,r2 3个参数
add r0,r1
add r0,r2
mov pc,lr  @相当于return 这里返回到nop了就是bl addNum 调用函数的下一条指令