常用ARM指令集以及汇编

### 常用ARM指令集及其汇编 #### ARM指令集概述 ARM（Advanced RISC Machines）是一家在微处理器行业中享有盛誉的企业，以其高性能、低成本、低功耗的RISC（Reduced Instruction Set Computing）处理器设计而闻名。ARM技术被广泛应用于多个领域，包括嵌入式控制、消费类电子产品、教育多媒体、数字信号处理（DSP）以及移动设备等。通过向世界领先的半导体制造商、软件开发商和原始设备制造商（OEMs）授权其核心技术和服务，ARM已成为全球RISC标准的重要推动者。 #### ARM指令集与Thumb指令集的区别 ARM指令集和Thumb指令集都是ARM处理器架构的一部分，但它们之间存在显著差异： 1. **位宽**：ARM指令集采用32位指令格式，而Thumb指令集则使用16位指令格式，这使得Thumb指令集在代码大小上更具优势。 2. **执行效率**：由于Thumb指令集为16位，因此它在执行效率上通常不如ARM指令集。但是，随着Thumb-2技术的发展，这一差距已经大大缩小。 3. **应用场合**：ARM指令集更适合于需要高性能的应用场景，而Thumb指令集则更适合于对代码大小敏感的应用，如空间受限的嵌入式系统。 #### C语言与汇编语言的相互调用 在嵌入式开发中，经常需要将C语言与汇编语言混合编程，以便充分发挥两种语言的优势。C语言适合编写结构化的应用程序，而汇编语言适合编写性能要求极高的底层代码。实现这两种语言之间的相互调用主要包括以下几个步骤： 1. **函数声明**：在C语言中声明汇编语言函数，并确保函数签名正确无误。 2. **汇编函数**：编写汇编语言函数，定义入口点和参数传递方式。 3. **调用约定**：遵循特定平台的调用约定，如参数如何传递、返回值如何处理等。 4. **链接配置**：确保C编译器和汇编器能够正确链接，可能需要特殊的链接脚本或配置文件。 #### 汇编语言中的伪指令 除了基本的机器指令外，汇编语言还包含一系列伪指令（pseudo-instructions），这些伪指令由汇编器解释执行，并非直接翻译成机器码。常见的伪指令包括： - **ADR**：地址加载伪指令，用于计算绝对地址。 - **ADRL**：加载链接伪指令，用于加载较大的地址。 - **LDR**：加载伪指令，用于从内存中加载数据到寄存器。 - **NOP**：空操作伪指令，通常用于填充指令序列以达到某种对齐目的。 - **其他伪指令**：还有一些用于定义符号、分配内存空间、控制汇编过程等的伪指令。 #### 寄存器与寻址方式 ARM处理器的寻址方式非常灵活多样，支持多种寻址模式： - **寄存器寻址**：直接使用寄存器作为操作数。 - **立即寻址**：操作数直接包含在指令中。 - **寄存器偏移寻址**：使用一个寄存器加上一个偏移量来指定地址。 - **寄存器间接寻址**：操作数位于由寄存器指向的内存位置。 - **基址寻址**：使用基址寄存器加偏移量。 - **多寄存器寻址**：一次读取或写入多个寄存器的数据。 - **堆栈寻址**：使用堆栈指针进行寻址。 - **块拷贝寻址**：用于高效地复制内存块。 - **相对寻址**：基于当前指令地址的相对偏移量进行寻址。 #### 数据处理指令 ARM处理器提供了一系列强大的数据处理指令，包括但不限于： - **MOV**：移动指令，用于将一个值移动到另一个寄存器。 - **MVN**：取反指令，用于对一个寄存器的值取反。 - **ADD/SUB/RSB**：加/减/反向减法指令。 - **ADC/SBC/RSC**：带进位加/减/反向减法指令。 - **AND/ORR/EOR/BIC**：逻辑与/或/异或/清除指令。 - **CMP/CMN/TST/TEQ**：比较/负数比较/测试/相等测试指令。 - **MUL/MLA/UMULL/UMLAL/SMULL/SMLAL**：乘法/乘累加/无符号长乘法/无符号长乘累加/有符号长乘法/有符号长乘累加指令。 这些指令为开发者提供了丰富的工具箱，可用于实现高效的算法和数据处理功能。 #### 跳转指令 跳转指令允许程序流程在不同位置间转移： - **B**：无条件跳转指令。 - **BL**：带链接的跳转指令，用于函数调用。 - **BX**：跳转到Thumb状态指令。 #### 协处理器指令 ARM处理器还支持一系列协处理器指令，用于访问协处理器的状态和控制寄存器，如CDP（协处理器数据处理）、LDC（加载协处理器寄存器）、STC（存储协处理器寄存器）、MCR（写协处理器寄存器）、MRC（读协处理器寄存器）等。 #### 杂项指令 除了上述指令外，ARM还提供了一些特殊的杂项指令，例如SWI（软件中断）、MRS（移动特殊寄存器到通用寄存器）、MSR（移动通用寄存器到特殊寄存器）等，这些指令主要用于系统管理和异常处理。 #### Thumb指令集 Thumb指令集是ARM指令集的一个子集，主要用于优化代码大小。尽管它最初仅支持有限的指令集，但通过Thumb-2扩展，Thumb指令集现在能够支持更多复杂的指令，接近于完整的ARM指令集的功能。 #### Thumb指令集与ARM指令集的区别 虽然Thumb指令集最初是为了代码大小优化而设计的，但随着Thumb-2的出现，其性能和功能已经大大增强。Thumb指令集与ARM指令集的主要区别在于指令集的复杂性和执行效率。通常情况下，Thumb指令集在代码大小上有优势，而ARM指令集在执行效率上表现更好。 #### Thumb存储器访问指令 Thumb指令集中也有类似的存储器访问指令，如LDR和STR，用于加载和存储数据；PUSH和POP用于堆栈操作；LDMIA和STMIA用于多寄存器访问等。 #### Thumb数据处理指令 Thumb指令集同样包含数据处理指令，例如MOV、MVN、NEG、ADD等，这些指令虽然在功能上与ARM指令集中的相应指令相似，但在具体实现和编码细节上有所不同。 通过对ARM指令集及其汇编语言的深入了解，开发者可以更加有效地利用ARM处理器的强大功能，实现高性能、高效率的嵌入式系统开发。