嵌入式硬件-ARM芯片的启动

目录

一.基本指令

1.mov指令

2.add指令

3.sub指令

4.ldr与str指令

5.bic与orr指令

6.CMP与b指令：

7.stmfd与ldmfd指令

8.常用条件码

二.程序状态寄存器cpsr

三.内存布局

四.栈的分类

五.汇编和C语言混合编程

六.切换处理器工作模式为USER模式

七.立即数

一.基本指令

1.mov指令

//加载12位立即数到寄存器或转移一个寄存器的值到另外一个寄存器；
MOV{S}<c> <Rd>, #<const>
mov r0, #1 ；加载立即数1到寄存器r0
MOV{S}<c> <Rd>, <Rm>
mov r1, r0 ；将r0寄存器的值加载到r1

2.add指令

ADD{S}<c> <Rd>, <Rn>, #<const>

ADD R0, R1, #1 ; R0 = R1 + 1，不更新标志
ADDS R0, R1, #0xFF ; R0 = R1 + 0xFF，更新N/Z/C/V

ADD{S}<c> <Rd>, <Rn>, <Rm>{, <shift>} //shift 指的是“移位操作”

ADD R0, R1, R2 ; R0 = R1 + R2
ADD R0, R1, R2, LSL #2 ; R0 = R1 + (R2 << 2)

3.sub指令

SUB{S}<c> <Rd>, <Rn>, #<const>

SUB R0, R1, #5 ; R0 = R1 − 5，不更新标志
SUBS R0, R1, #0x10 ; R0 = R1 − 0x10，更新N/Z/C/V

SUB{S}<c> <Rd>, <Rn>, <Rm>{, <shift>}

SUB R0, R1, R2 ; R0 = R1 − R2
SUB R0, R1, R2, LSL #1 ; R0 = R1 − (R2 << 1)

4.ldr与str指令

ldr：

功能1：将非立即数加载到通用寄存器
LDR{<c>}{<q>} <Rt>, <label>

例：如ldr r0, =0x2FAB4

功能2：将RAM中的数据加载到通用寄存器
LDR<c> <Rt>, [<Rn>{, #+/-<imm12>}]

例：ldr r0，[r1，＃4]；将内存地址为R1+4的字数据读入寄存器R0

LDR<c> <Rt>, [<Rn>], #+/-<imm12>

例：ldr r0, [r1], #8 ;将内存地址R1的字数据读入r0,之后r1+8

LDR<c> <Rt>, [<Rn>, #+/-<imm12>]!

例：LDR R0，[R1，＃8] ！ ；将存储器地址为R1+8的字数据读入寄存器R0，并将新地址R1＋8写入R1。

str：

与ldr作用相反，将通用寄存器中的值写入到RAM中
str r1, [r0]         ;*r0 = r1
str r1, [r0, #4]     ;*(r0 + 1) = r1
str r1, [r0], #4     ;*r0++ = r1
str r1, [r0, #4]!     ;*++r0 = r1

ldr与str结合使用

LDR R0, =0x40000000 ; R0 = 目标内存地址（伪指令）
LDR R1, [R0] ; R1 = 从 R0 指向的地址读取一个字（32位）
ADD R1, R1, #1 ; R1 = R1 + 1
STR R1, [R0] ; 把 R1 写回 R0 指向的地址

5.bic与orr指令

bic：

将某个通用寄存器清零（操作数中为bit1的位清0)，清0结果写回到通用寄存器。
BIC{S}<c> <Rd>, <Rn>, #<const>；
将rn中的字数据const为1的比特清零，把结果放入rd。

例：
MOV r0, 0x11
BIC r1, r0, #1 ; 把 r0 的第 0 位清零，结果为0x10，存到 r1，r0 不变

orr：

将某个通用寄存器置1（操作数中为bit1的位置1)，置1结果写回到通用寄存器

例：
ORR r1, r0, #(1 << 3) ; r1 = r0 | 0x08，r0 原值不变

bic与orr结合使用：

BIC r0, r0, #(0x7 << 4) ; 先把第4~6位清零（避免脏数据）
ORR r0, r0, #(0x3 << 4) ; 再把新值 0b011 写入第4~6位

6.CMP与b指令：

cmp：

比较两个寄存器的值或者比较一个寄存器和立即数的值，其原理是对待比较的两个数求差，看结果是否为0，这个指令会无条件修改N,V,C,Z位。

例：
mov r0, #100
cmp r0, #100
会导致Z置位，从条件码表可知，只要Z置位就是两数相等。

b：

实现无条件跳转；
b指令条件分支
b指令循环
b函数调用
bl指令：函数跳转前，会将函数返回地址保存到lr寄存器；
bx指令：bx lr 等价于mov pc, lr

7.stmfd与ldmfd指令

stmfd：

stmfd:入栈保护
STMFD<c> <Rn>(!}, <registers>

例：stmfd sp!, <r0,r1,lr> //通过入栈保存r0，r1，lr寄存器的值

ldmfd：

ldmfd:出栈恢复
LDMFD<c> <Rn>{!), <registers>

例：ldmfd sp!, <r0, r1, lr>

 8.常用条件码

 对{S}与<c>解释如下

{S} —— 可选后缀，决定是否更新状态标志

• 有 S：指令执行后，会更新 CPSR（当前程序状态寄存器）中的条件标志位（N、Z、C、V）。

• 没有 S：不更新任何标志位，只完成数据传送。

<c> —— 条件码（Condition Code），决定指令在什么条件下执行

• ARM 指令可以条件执行：只有当前 CPSR 中的标志位满足指定条件时，指令才会真正执行，否则被当作 NOP（空操作）。

• <c> 是条件码的占位符，可以是 EQ、NE、CS、CC、MI、PL、VS、VC、HI、LS、GE、LT、GT、LE、AL 等。

• 如果省略 <c>，默认是 AL（Always，无条件执行）。

其中常用条件码如下：

二.程序状态寄存器cpsr

三.内存布局

四.栈的分类

满栈/空栈（是一种结构，不是传统字面意思的满空）：根据栈顶所在位置是否存有元素确定。

栈顶所在位置一直存有元素称为满栈，先移动栈顶再存入数据； 栈顶所在位置一直没有元素称为空栈，先存入数据再移动栈顶。

增栈/减栈：根据栈的生长方向确定。

入栈数据时，栈顶向内存高地址移动，称为增栈； 入栈数据时，栈顶向内存低地址移动，称为减栈，

注意：ARM中的栈结构为：满减栈。

五.汇编和C语言混合编程

1.汇编调用C函数 汇编和C语言混合编程(汇编调用C函数C调用汇编函数) 汇编如何向c语言传参: C语言将函数运行结果返回给R0寄存器 当参数小于等于4个时，通过通用寄存器进行传参(R0-R3)

当参数超过4个时，必须通过栈进行传参(入栈保护出栈恢复)

2.C调用汇编函数 C语言向汇编函数传参，参数会被保存到通用寄存器汇编函数的结果,通过R0寄存器返回给C语言

六.切换处理器工作模式为USER模式

1.将cpsr寄存器中的值读到R0寄存器 2.将R0寄存器中的值修改为10000 3.将R0寄存器中的值写回到cpsr寄存器 mrs指令:读取某个特殊寄存器(cpsr)的值到通用寄存器 msr指令:将通用寄存器中的值写入到特殊寄存器(cpsr)

例： MRS , <spec_reg> mrs r0, cpsr MSR<spec_reg>, msr cpsr, r0

七.立即数

立即数的判断：

例：

0x234 = 0000 0000 0000 0000 0000 0010 0011 0100 最高位1至最低位1之间的二进制数序列：1000 1101没有超过8位 末尾1的右边有2个0，所以0x234是立即数

0x3f4 = 0000 0000 0000 0000 0000 0011 1111 0100 最高位1至最低位1之间的二进制数序列：1111 1101 从第一个1开始到最后一个1之间没有超过8位 末尾1的右边有2个0，所以0x3f4是立即数

0x132 = 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0011 0010 最高位1至最低位1之间的二进制数序列：1001 1001 从第一个1开始到最后一个1之间没有超过8位 末尾1的右边有1个0，不满足第二条，所以0x132不是立即数

0x7f8 = 0000 0000 0000 0000 0000 0111 1111 1000 最高位1至最低位1之间的二进制数序列：1111 1111从第一个1开始到最后一个1之间没有超过8位 末尾1的右边有3个0，不满足第二条，所以0x7f8不是立即数

0xfab4 = 0000 0000 0000 0000 1111 1010 1011 0100 最高位1至最低位1之间的二进制数序列：0011 1110 1010 1101 从第一个1开始到最后一个1之间超过8位，不满足条件1，所以这个数不是立即数

ARM 指令机器码只有12bit 用来存立即数，放不下完整 32 位数字，拆成两部分：

高 4 位：rotate（旋转位） 低 8 位：imm8（8 位基础立即数）

4位旋转位若直接表示位移0-15位，则立即数最大只能位移15位，无法覆盖32位寄存器的所有角落，故×2，最终 32 位立即数 = imm8 循环右移 2×rotate 位（移位步数永远是偶数：0、2、4 … 30 位，硬件无法实现移位奇数位，易知，能表示的最大立即数为0xFF00 0000，即0xFF循环右移8位，rotate=4，12位则为0x4FF）