STM32学习【4】ARM汇编（够用）

ARM汇编语言基础

对于学习汇编，我有话说，哈，我们实际工作中用到的并不多，我们学会常用的，遇见不会的直接大模型问就可以了，通过汇编，我们可以体会到数据底层的流动规律，写代码自然就会通透，更近一步，我们要彻底学会RTOS，底层的知识也是必不可少的。

写在前面

在CPU的世界里，一切外设都被抽象为寄存器或带有地址的内存数据。CPU只关心其内部的16个寄存器以及内存数据，外设寄存器虽然物理上与内存不同，但在CPU眼中并无区别，唯一的差异在于地址空间。

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1. ARM汇编的分类

ARM汇编语言大致可以分为以下几类：

1. 内存读写：用于访问内存数据。
2. 运算类：执行加法、减法、逻辑运算等。
3. 跳转/分支：实现程序流程控制。
4. 比较：类似于高级语言中的if语句。

这些指令组合成指令集，构成了ARM汇编语言的核心。

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2. 关于指令集

ARM公司发布了两类主要的指令集：

1. ARM指令集：32位指令，每条指令占用32位。优点是执行效率高，但占用空间较大。
2. Thumb指令集：16位指令，每条指令占用16位。优点是节省空间，但执行效率稍低。

在实际应用中：

• 如果需要节省空间，优先使用Thumb指令集。
• 如果需要高效执行，优先使用ARM指令集。

一个CPU既可以运行Thumb指令，也可以运行ARM指令。如何区分当前指令是Thumb还是ARM指令呢？程序状态寄存器（CPSR）中有一位名为“T”，当T=1时，表示当前运行的是Thumb指令。

指令集切换

指令集的切换通过设置PC寄存器的最低位（BIT0）来实现：

• 调用函数A（Thumb指令）时，将PC寄存器的最低位设置为1，即PC = 函数A地址 + (1<<0)。
• 调用函数B（ARM指令）时，将PC寄存器的最低位设置为0，即PC = 函数B地址。

这种切换方式是通过跳转指令（如B或BL）实现的，目标地址的最低位决定了目标函数的指令集模式。在实际开发中，通常使用链接器或编译器工具来管理指令集切换，而不是手动设置PC寄存器的最低位。

Thumb2指令集

为了简化指令集切换，ARM公司引入了Thumb2指令集。Thumb2指令集支持16位和32位指令混合使用，允许在同一个指令集中无缝切换指令长度，而无需显式切换指令集。编译器通常会自动选择最优的指令长度，以平衡代码大小和执行效率。

统一汇编语言（UAL）

为了简化开发，ARM公司推出了统一汇编语言（UAL）。开发者无需区分ARM、Thumb或Thumb2指令集，只需在程序中使用CODE32、CODE16或THUMB指令来指定代码段的指令集类型。

常用汇编指令

在日常工作中，常用的ARM汇编指令包括：

• 数据传输：MOV、LDR、STR、LDM、STM
• 逻辑运算：AND、OR
• 算术运算：ADD、SUB
• 跳转：B、BL
• 数据定义：DCD
• 地址操作：ADR、LDR
• 比较：CMP

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3. 汇编格式

以“数据处理”指令为例，UAL汇编格式为：

Operation{cond}{S} Rd, Rn, Operand2

• Operation：表示各类汇编指令，如ADD、MOV。
• cond：条件码，指定指令执行的条件。例如，EQ（相等）、NE（不相等）、CS（无符号大于等于）、CC（无符号小于）等。条件码可以应用于大多数指令，但某些指令（如LDM和STM）不支持条件码。
• S：是否修改程序状态寄存器（CPSR）。如果指令带有S后缀，执行结果会影响CPSR中的条件标志。
• Rd：目标寄存器，用于存储运算结果。
• Rn：第一个源操作数。
• Operand2：第二个操作数。

立即数与伪指令

在16位指令中，由于指令长度限制，立即数（直接给出的数值）的范围有限。例如，MOV R0, #VAL指令中，VAL不可能占用全部16位，毕竟MOV ，R0也需要一些位来表示其含义。为此，ARM提供了伪指令，让编译器自动处理复杂的立即数转换。

例如：

MOV R0, #0x12345678  ; 伪指令，编译器会自动将其拆分为多条指令实现

在ARM指令集中，32位指令可以支持更大的立即数范围，但仍有限制。伪指令由编译器自动转换为多条指令，以实现复杂的立即数加载。

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4. 操作内存的汇编指令

LDR：从内存加载数据到CPU寄存器

LDR指令用于从内存中加载数据到CPU寄存器。如果不指定数据类型，默认为32位数据。LDR支持多种寻址方式，包括偏移寻址、基址寻址和后索引寻址等，但是实际我们工作中用的的都是相对比较简单的。

例如：

LDR R0, [R1]        ; 将R1指向的内存地址中的数据加载到R0
LDR R0, [R1, #4]    ; 将R1+4地址中的数据加载到R0
LDRB R0, [R1]       ; 加载8位数据到R0
LDRH R0, [R1]       ; 加载16位数据到R0

STR：将数据从寄存器存储到内存

STR指令用于将数据从寄存器存储到内存。STR也支持多种寻址方式。

例如：

MOV R0, #0x20000
MOV R1, #0x10
MOV R2, #0x12
STR R2, [R0]        ; 将R2的值存储到R0指向的地址
STR R2, [R0, #4]    ; 将R2的值存储到R0+4地址
STR R2, [R0, #8]!   ; 将R2的值存储到R0+8地址，并将R0更新为R0+8
STR R2, [R0, R1]    ; 将R2的值存储到R0+R1地址
STR R2, [R0, R1, LSL #4]  ; 将R2的值存储到R0+(R1<<4)地址
STR R2, [R0], #0x20 ; 将R2的值存储到R0地址，并将R0更新为R0+0x20
STRB R2, [R0]       ; 存储8位数据到R0指向的地址

LDM：从存储器中加载多个数据到寄存器组

LDM指令用于批量加载多个寄存器，格式为：

LDM{addr_mode}{cond} Rn{!}, reglist{^}

• addr_mode：
  • IA：Increment After，每次传输后增加基地址（默认，可省略）。
  • IB：Increment Before，每次传输前增加基地址（仅ARM指令可用）。
  • DA：Decrement After，每次传输后减少基地址（仅ARM指令可用）。
  • DB：Decrement Before，每次传输前减少基地址。
• !：表示修改后的基地址会写回Rn寄存器。如果没有!，则Rn保持原值。
• ^：表示会影响程序状态寄存器（CPSR），通常在异常处理中使用。
  要注意：低位置寄存机对应低地址，比如R0寄存器属于最低的位置寄存器，R15是最高的寄存器。
  有个问题，为什么需要这么多的addr_mode?
  比如我们往栈中写数据的时候，有两种情况
  1.SP寄存器所指的地址有数据（满栈），这个时候我们需要先调整地址再写数据。
  2.SP寄存器所指的地址没有数据（空栈），这种情况是先写数据再调整地址。
  很明显我们需要不同的行为的需求，自然也就要有了多种addr_mode.

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满增、满减， 空增，空减

根据栈指针指向，可分为满(Full)/空(Empty)：
满SP指向最后一个入栈的数据，需要先修改SP再入栈
空SP指向下一个空位置，先入栈再修改SP

根据压栈时SP的增长方向，可分为增/减：
增(Ascending)：SP变大
减(Descending)：SP变小

组合后，就有4种方式： 满增、满减， 空增，空减。

常用的“满减”： 入栈时用STMDB，也可以用STMFD，作用一样；注意是先减地址后存内容
出栈时用LDMIA，也可以用LDMFD，作用一样。先读内容后加地址

下面是几个例子，加黑的内容是汇编指令，方框内为内存结果，

5. 数据处理汇编指令

数据处理汇编指令有很多，我们并不需要全部掌握，只需要注意关键的几条即可。

加法指令ADD：

  ADD  R1, R2, R3         ; R1 = R2 + R3ADD  R1, R2, #0x12   ; R1 = R2 + 0x12

减法指令SUB:

  SUB  R1, R2, R3         ; R1 = R2 - R3SUB  R1, R2, #0x12   ; R1 = R2 - 0x12

位操作：

 ;  VisUAL里不支持(1<<4)这样的写法，写成：0x10AND R1, R2, #(1<<4)   ;  位与，R1 = R2 & (1<<4)AND  R1, R2, R3           ; 位与，R1 = R2 & R3BIC  R1, R2, #(1<<4)    ; 清除某位，R1 = R2 & ~(1<<4)BIC  R1, R2, R3             ; 清除某位，R1 = R2 & ~R3ORR   R1, R2, R3

比较：

关于比较要说明一下，CMP的对比结果会储存在状态寄存器里面，下面的语句会根据状态寄存器里面的值决定是否执行，比如MOVEQ，相等时才执行
CMP R0, R1 ; 比较R0-R1的结果
CMP R0, #0x12 ; 比较R0-0x12的结果
TST R0, R1 ; 测试 R0 & R1的结果
TST R0, #(1<<4) ; 测试 R0 & (1<<4)的结果

6.跳转指令

C程序中，函数A调用函数B的实质是什么？
void A()
{
int a = 10;
B(a);
printf(“ok”);
}
实质是：跳转去执行函数B的代码，函数B执行完后，还要回到函数A继续执行后面的代码。
对应的汇编指令就是跳转指令，要主要，凡事有正反，跳走了也要知道怎么跳回来，所以要保存返回地址。