第二季-专题3-汇编语言得玩转
专题3-汇编语言得玩转
第1课-汇编概述
1．为什么学习汇编指令
以后的工作中我们用的都是中高端的处理器，基本不会用汇编去编程完成这个产品。但是在bootloader和内核的编程中我们都是要用汇编语言的，这期间c语言的运行环境还没有搭建。在对效率有有特殊要求的地方我们还是需要汇编语言的。
2．分类
目前常用的ARM的汇编指令有两种：
（1）ARM标准汇编：适用于ARM公司的汇编器，适合在windows平台下使用，如ADS中使用。ADS是基于windows的集成程序。
（2）GNU汇编：适用于GNU交叉编译器工具链中的汇编器，适合linux开发平台。我们使用的是GNU汇编。
3．汇编程序框架
.sectiom.data
<初始化的数据>
.section.bss
<未初始化的数据>
.section.text /*代码段*/
.global _start /*全局访问*/
_start:
<汇编代码>
简化：
.text
.global _start
_start:
<汇编代码>
4．编程准备
（1）首先在相应的文档里面建立一个名字为start.s的文件，文件内容如下：
.text
.global _start //定义全局变量
_start: //程序入口
mov r1,#1 /*将1这个立即数，放在r1寄存器里面*/
mov r2,#2
mov r3,#3
（2）建立一个Makefile，内容如下：
all:start.o
arm-linux-ld -Ttext 0x20000000 -o start.elf $^ /*指明程序运行的起止地址*/
%.o : %.S
Arm-linux-gcc -g -o $@ $^ .c
Clean
rm *.o *.elf
/*针对210的开发板，代码段的指定开头就是20000000，对于6410是50000000，2440是30000000*/
连接器脚本对整个程序的地址进行排布，可以在开头进行运行地址的设置。
以Jlink的方式连接开发板与电脑，运行Jlink发现联接上了，启动我们自己安装的eclipse软件，编译我们编译的软件。按上面章节的方法，进行一系列的配置与初始化调试。
第二课-指令分类学习
GUN汇编和ARM标准汇编是有区别的，一般来说GUN是小写的，标准ARM是大写的。
1. 算数和逻辑指令
（1）mov装载
mov{条件}[S] <dest>, <op_1>
C语言转换：dest = op_1
mov从一个寄存器、被位移的寄存器、或一个立即数装载到目的寄存器。
dest必须是通用寄存器，op_1可以是通用寄存器、状态寄存器也可以是数字。
注：汇编语言的注释是@符号后面加注释的。
（2）mvn取反装载
mvn{条件}[S] <dest>, <op_1>
C语言转换：dest = !op_1
mvn从一个寄存器、被位移的寄存器、或一个立即数装载到目的寄存器。不同之处是在传送之前位被取反了，是把取反的值传给一个寄存器。这是逻辑操作不是算数操作，这个取反的值加1才是它的取负的值。
mov R0, #4 R0变成-5
mov R0, #0 R0变成-1
（3）sub相减
sub{条件}[S] <dest>, <op_1> <op_2>
dest= op_1- op_2
sub用来执行减法操作，操作数1是一个寄存器，操作数2可以是一个寄存器、被位移的寄存器或者是一个立即数。
（4）add相加
add{条件}[S] <dest>, <op_1> <op_2>
dest= op_1+op_2
add用来执行加法操作，操作数1是一个寄存器，操作数2可以是一个寄存器、被位移的寄存器或者是一个立即数。
（5）and逻辑与
and{条件}[S] <dest>, <op_1> <op_2>
dest= op_1&op_2
and用来执行逻辑与操作。操作数1是一个寄存器，操作数2可以是一个寄存器、被位移的寄存器或者是一个立即数。
（6）bic位清除
bic{条件}[S] <dest>, <op_1> <op_2>
dest= op_1and(!op_2)
在一个字中清除位的一种方法，与or位设置是相反的操作。操作数2是一个32位的位操作符（mask）。如果在操作码中设置了某一位，就清除这一位。未设置操作码的位保持不变。
bic r0, r0, #1011 表示清除r0中的第0、1、3位，其余的位不变
2. 比较指令
（1）cmp比较
cmp{条件}[S] <op_1> <op_2>
status= op_1-op_2
status为1表示操作数1大，为-1表示操作数2大，为0表示一样大。它改变的是CPSR寄存器的31位（M位）于30位（N位）。
例子
mov r1, #2
cmp r1, #1
cpsr为200001d3
mov r1, #2
cmp r1, #1
cpsr为800001d3
mov r1, #2
cmp r1, #2
cpsr为600001d3
（2）tst按位与
tst{条件}[S] <op_1> <op_2>
status= op_1 AND op_2
按位与之后的结果是0，CPSR的30位(Z位)置1，否则CPSR的30位(Z位)不置1。
例子
mov r1, #0b101
tst r1, #0b001
cpsr为200001d3
mov r1, #0b101
tst r1, #0b101
cpsr为600001d3
3. 跳转指令
汇编的程序需要分支指令完成C语言中的if…else操作
（1）b分支
b{条件} <地址>
存储在分支指令中的实际的值是相当于当前的r15的一个偏移量，并不是一个绝对地址。它的值由汇编器来计算，它是24位有符号量，左移两位后有符号扩展为32位，表示的有效偏移量是26位（+/-32M）。
例子：
mov r1,#6
mov r2,#5
cmp r1,r2
bgt branch1:
add r3, r1, r2
b end
branch1:
sub r3,r1,r2
end:
nop
EQ : 等于
如果一次比较之后设置了 Z 标志。
NE : 不等于
如果一次比较之后清除了 Z 标志。
VS : 溢出设置
如果在一次算术操作之后设置了 V 标志，计算的结果不适合放入一个 32bit 目标寄存器中。
VC : 溢出清除
如果清除了 V 标志，与 VS 相反。
HI : 高于(无符号)
如果一次比较之后设置了 C 标志并清除了 Z 标志。
LS : 低于或同于(无符号)
如果一次比较操作之后清除了 C 标志或设置了 Z 标志。
PL : 正号
如果一次算术操作之后清除了 N。出于定义‘正号’的目的，零是正数的原因是它不是负数...
MI : 负号
如果一次算术操作之后设置了 N 标志。
CS : 进位设置
如果一次算术操作或移位操作之后设置了 C 标志，操作的结果不能表示为 32bit。你可以把 C 标志当作结果的第 33 位。
CC : 进位清除
与 CS 相反。
GE : 大于或等于(有符号)
如果一次比较之后...
设置了 N 标志并设置了 V 标志
或者...
清除了 N 标志并清除了 V 标志。
GT : 大于(有符号)
如果一次比较之后...
设置了 N 标志并设置了 V 标志
或者...
清除了 N 标志并清除了 V 标志
并且...
清除了 Z 标志。
LE : 小于或等于(有符号)
如果一次比较之后...
设置了 N 标志并清除了 V 标志
或者...
清除了 N 标志并设置了 V 标志
并且...
设置了 Z 标志。
LT : 小于(有符号)
如果一次比较之后...
设置了 N 标志并清除了 V 标志。
或者...
清除了 N 标志并设置了 V 标志。
AL : 总是
缺省条件，所以不用明显声明。
NV : 从不
不是特别有用，它表示应当永远不执行这个指令。是穷人的 NOP。
包含 NV 是为了完整性(与 AL 相对)，你不应该在你的代码中使用它。
（2）bl带链接返回的分支
b指令在跳转之前不能将返回地址保存，bl就可以将返回地址保存，可以起到类似C语言的对函数进行封装的效果。
例如：
mov r1, #6
cmp r1, #5
bl func1:
mov r1, #2
cmp r1, #3
func1:
mov r1, #r2
mov r2, #3
mov pc, lr
4. 移位指令
（1）lsl逻辑（算数）左移
例如：
mov r1, #0b1
mov r1,r1, lsl#2
对r1左移两位，将结果再存在r1中，r1从0b1变成0b100
（2）ror循环右移
例如：
mov r1, #0b11
mov r1,r1, ror#1
r1的值从0b11变成0b1000000000000000000000000000001，一共32位。
5. 程序状态字访问指令
程序状态寄存器所用的访问指令和前面的指令不能是一样的，对它们的修改，需要将CPSR或者SPSR中的指令搬移到通用寄存器，改好后再搬回程序状态寄存器。
msr(搬入)和mrs(搬出)两条指令：
例子：
mrs r0, cpsr
orr r0, 0b100
msr cpsr, r0
将cpsr的第三位设置为1
6. 存储器访问指令
（1）ldr将内存中的值导入寄存器
str rd, [Rbase] 存储 rd 到 Rbase 所包含的有效地址。
str rd, [Rbase, Rindex] 存储 rd 到 Rbase + Rindex 所合成的有效地址。
str rd, [Rbase, #index] 存储 rd 到 Rbase + index 所合成的有效地址。
index 是一个立即值。
例如，rTR rd, [R1, #16] 将把 rd 存储到 r1+16。
str rd, [Rbase, Rindex]! 存储 rd 到 Rbase + Rindex 所合成的有效地址，
并且把这个新地址写回到 Rbase。
str rd, [Rbase, #index]! 存储 rd 到 Rbase + index 所合成的有效地址，
并且并且把这个新地址写回到 Rbase。
str rd, [Rbase], Rindex 存储 rd 到 Rbase 所包含的有效地址。
把 Rbase + Rindex 所合成的有效地址写回 Rbase。
str rd, [Rbase, Rindex, lsl #2]
存储 rd 到 Rbase + (Rindex * 4) 所合成的有效地址。
str rd, place 存储 rd 到 PC + place 所合成的有效地址。
（2）str将寄存器中的值保存到内存
第3课-伪指令
一．ARM机器码
汇编程序通过汇编器转化成机器码，机器码才能够在嵌入式芯片上运行。Arm机器码是32位的整数，机器码被分成不同大小的段，每个段都有各自独特的功能
mov r0, r1的机器码是e1a00001
二进制是：1110 00 0 1101 0 0000 0000 000000000001
moveq r0, #255的机器码是03a000ff
二进制是：0000 00 1 1101 0 0000 0000 000011111111
对于mov指令它的机器码格式如下：
第一段前4位表示条件，1110表示无条件，0000表示等于的条件
第二段是保留位，是00
第三段表示0-11存的是立即数的话就是1，存的是寄存器的话就是0
第四段opcode，它的作用是区分指令，mov指令就是1101
第五段是S，程序运行后影响CPSR寄存器就是1，不影响就是0
第六段是Rn，
第七段是目的寄存器，我们用的是r0，用的是0来标号，r1是0001
第八段是源操作数，寄存器r1是00000000001，#255是00001111111
这样我们可以观测到，第八段中存放数的大小是有限的，这样引出伪指令的概念。
二．定义类伪指令
伪指令本身并没有对应的机器码，它只是在编译而定时候起作用，或者转化为其他的实际指令来运行。
（1） global标明全局符号
（2） data标明数据段
（3） ascii标明字符串指令
（4） byte标明字节的指令
（5） word标明字的指令
例子：
.data
hello:
.ascii “hellloworld”
bh:
.byte 0x1
ADD
.word 0xff
（6） equ相当于宏定义
.equ DA,0x89
mov r0, DA
（7） align对齐，在文件前面加上.align就会表示按四字节对齐
三．操作类伪指令
（1）nop
空操作，主要的作用是延时的作用。
（2）ldr（与存储器的访问指令不同）
mov r0, 0x1ff运行的时候会出错，因为mov指令只能处理8位的二进制数，0x1ff是9位，机器码的0-11位中有四位是存储左移与右移操作的，所以存储的内容不能超过8位。
它可以在r0里面填充超过8位的立即数，但是格式特殊：
ldr r0, =0x1ff
第4课-协处理访问指令
一．什么是协处理器
协处理器用于执行特定的处理任务，如：数学协处理器可以控制数字处理，以减轻处理器的负担。ARM可支持最多16个协处理器，其中CP15是最重要的一个。
- CP15的作用
CP15是系统控制协处理器，提供了额外的寄存器，通过这些寄存器，可以达到配置与控制caches、MMU以及时钟参数。
- CP15寄存器
CP15提供了16组寄存器，具体的使用可以在Arm公司提供的芯片手册中找到。我们通过它提供的16组寄存器，可以访问cp15寄存器。
二．协处理器访问
1. mcr
r表示通用寄存器，c表示协处理器寄存器
2.mrc
格式：
例子：读取mainID
mrc p15, 0, r0, c0, c0, 0 表示读取mianID寄存器的值
