Arm入門第六講 偽指令與Load/Store架構
Arm入門第六講 偽指令與Load/Store架構
ARM 彙編器支援ARM偽指令，這些偽指令在彙編階段被翻譯成ARM或者Thumb(or Thumb-2)指令（或者指令序列）
ARM偽指令不是ARM指令集中的指令，只是為了程式設計方便，編譯器定義了偽指令。 使用的時候可以像其它的ARM指令一樣使用，但是在編譯的時候這些偽指令將被等效的ARM指令代替。
ARM偽指令分為如下：
- ADR 偽指令，裝載程式相關，或暫存器相關地址到暫存器
- MOV32裝載32位常數或地址到暫存器（ARMV6T2體系以上支援）
- LDR裝載32位常數到地址暫存器（所有ARM版本均支援）
一丶偽指令
ADR偽指令
ADR偽指令會被彙編器編譯成一條指令。 彙編器通常使用 ADD或者SUB 指令來實現地址裝載功能。 意思就是ADR便於編寫，但是底層會用別的指令來代替。 在inter x86指令集下也有偽指令的概念。 在這裡如果不能用一條指令來實現ADR偽指令的功能，那麼彙編器將報告錯誤。
ARD{cond}{.W} register,lable
cond: 可選的指令執行條件
.W : 也是可選項，指定指令的寬度
register: 目的暫存器
label: 地址，或者基於PC或者具有暫存器的表示式。
例子：
LDR R0，_START ;從記憶體地址_start的地址把值讀入，設 R0 = 0XE1A00000
ADR R0，_START; 將_START的地址給R0，他是與位置無關的。
也就是基於地址的偏移值。 也就是當前的PC值加上_START的偏移量。
ARM中的彙編指令與ARM中的偽指令都有LDR 但是注意，彙編中的LDR與偽指令中的LDR是不一樣的。
ADRL 中等範圍地址讀取偽指令
ADRL偽指令將基於PC的相對偏移的地址或者基於暫存器對偏移的地址讀取到暫存器中，當地址是位元組對齊的時候，取值範圍位-64kb~64kb之間，當地址值是 字對齊的時候他的取值範圍是 -256-~256kb之間。 當地址是16位元組對齊 的時候，那麼取值範圍更大。在32BIT的Thumb-2指令中，地址取值範圍為 -1MB~1MB
其實他與ADR指令一樣，唯一不同就是讀取的地址範圍比ADR廣。在編譯階段中，ADRL將產生兩條指令，其中一條為多餘指令。如果彙編器不能再兩條指令內完成操作也會報告錯誤。
注意：
ADRL只能是在ARM彙編或者Thumb-2彙編中，Thumb彙編器不支援ADRL偽指令。
使用ADRL指令的時候那麼被裝載的地址必須和偽指令ADRL是一個段中
ADRL{cond} register,label
cond: 可選的指令執行條件
register: 目標暫存器
label: 地址，或者基於PC或者具有暫存器的表示式。
MOV32 偽指令
MOV32偽指令是裝載一個32位常數或者地址 到暫存器中。與ADR ADRL 不同，他裝載的地址是與地址位置相關的。
一般在彙編層面，彙編器會把它翻譯成 MOV 或者 MOVT指令，這樣任何32bit常亮都可以被裝載到暫存器。
MOV32{COND} register,expr
cond 可選的指令執行條件
reg: 目標暫存器
expr: 表示式的形式，有以下幾種。
symbol程式中定義的標號地址。
constant任意32bit常數
symbol+constant地址標號+32bit常數。
LDR 偽指令
LDR偽指令用於裝載一個32bit常數和一個地址到暫存器。
LDR{COND}{.W} register, =[expr | label-expr]
cond 可選的指令執行條件
.W 可選用來指定指令寬度（Thumb-2指令支援）
reg: 目標暫存器
expr: 32位常亮表示式，彙編器會根據expr的取值情況，對LDR偽指令做如下處理。
1.expr表示的地址值 沒有超過MOV 或者MOVN偽指令的地址取值範圍，那麼LDR在底層會用MOV和MVN來替換LDR
2.如果超出了MOV MVN 那麼彙編器會將資料防暑資料快取池（理解為記憶體）同時用一條基於PC的LDR偽指令來讀取這個常數。
label-expr方式：
1.一個程式相關或宣告位外部的表示式，那麼彙編器會將label-expr表示式的值方式資料快取池（記憶體）使用一條程式相關的LDR偽指令將該值取出放入暫存器。
2.一個程式相關或宣告為外部表示式，彙編器會將LABEL_EXPR表示式的值放入資料快取池，然後使用一條程式相關的LDR偽指令將該值取出並放入暫存器。 當lable-expr被宣告位外部的表示式的時候，彙編器將在目標檔案中插入連結重定位偽操作，並且由聯結器在連線的時候生成改地址。
使用說明：
LDR載入的地址是絕對地址，也就是與PC相關的地址。 當要裝載的資料不符合MOV MVN指令的裝載的時候，它會先放到資料快取池（記憶體中），此時LDR偽指令處的PC值到資料快取池中目標資料所在的地址的偏移量有一定的限制。 ARM或者32bit的Thumb-2指令中這個範圍是-4kb~4kb。 Thumb或者16bit的Thumb-2指令中這個範圍是0~1kb.
例子：
區別正常的LDR彙編指令與偽指令的LDR只需要看後面的=是否有
LDR R3,=0xff0 ；這句話是將0xFF0給R3。 它符合mov指令
；真正的彙編則會用 MOV R3，#0xff0 替代上條指令
LDR R2，=place; place是標號地址，這裡是將標號地址讀入R2中
彙編層面的指令則會變成如下：
LDR R2，[pc,offset_to_litpool]
...
litpool DCD place
二丶Load/Store架構
不是每個Arm指令都支援直接的記憶體處理，必須通過專門的指令把資料先從記憶體（Load）載入到暫存器，然後在處理資料，處理後在放到記憶體中（Store）
處理指令包括如下
- 單個暫存器資料傳入 LDR/STR
- 塊資料傳輸： LDM/STM
- 單個數據交換： SWP
單個暫存器資料讀取指令
LDR 型別資料載入指令
LDR 字資料載入指令
LDR{條件} 目的暫存器，<儲存器地址>
LDR指令是從儲存器地址讀取一個32位的雙字資料傳送到目的暫存器中。
這個指令通常用於將記憶體中的資料讀取到通用暫存器，然後處理資料。如果目的暫存器是PC（R15 == EIP）暫存器，那麼記憶體中讀取的地址就會當做目標地址，從而實現程式的跳轉。
例子：
LDR RO,[R1] ; 讀取記憶體中R1的32位資料到R0中
LDR RO,[R1,R2]; 讀記憶體資料R1+R2的32位資料到給R0
LDR R0,[R1,#8] ; 將R1+8的地址中的32位資料到R0。
重點 後面帶有！：
LDR R0，[R1 + R2]!; R1+R2的地址中的32位資料給R0，並且R1 + R2的值賦值給R1. 意思就是不光給R0資料 R1還把自身給修改了。
LDR R0，[R1，#8]!; R0 = R1+8的地址中的值。 R1 = R1 + 8
LDR R0，[R1],R2； 將儲存器R1的值讀取出來給R0。 然後R1 = R1 + R2
LDR R0，[R1，R2，LSL#2]!; 將 R1 + (R2 * 4)的地址裡面的值給R0，並且 R1 = R1 + R2*4
LDR R0，[R1],R2，LSL#2; 將儲存區R1的值給R0,R1 = R1 + R2 * 4
LDRB 位元組資料載入指令
LDRB指令是用於將儲存器中一個8位的位元組資料傳送到目的暫存器中。同時將暫存器的高24位清零。 這個指令通常是讀取8位的資料到通用暫存器，然後處理資料。 如果目的暫存器是PC暫存器，那麼可以實現程式流程的跳轉。
LDR{條件}B 目的暫存器，<儲存器地址>
LDRB R0，[R1]; 將儲存器地址R1的位元組資料讀入R0，並且將R0的高24位清零。
LDRB R0，[R1，#8]； R1+8的位元組資料給R0，R0&= 0x000000FF;
LDRH 字資料載入指令
H就是一個16位資料。C語言中是一個 short 或者Unsigned short
這個指令是讀取16位資料給通用暫存器。其效果同上。唯一不同的就是讀取到暫存器中的時候高16位清零。
指令條件如下：
LDR{條件}H 目的暫存器，<地址>
LDRH R0，[R1]
單個暫存器資料設定指令
STR 雙字資料存放指令
STR與LDR與之對應，並且相反。 是用於將一個32位的資料傳送到儲存器中。
STR{條件} 源暫存器，<儲存器地址>
STR R0，[R1],#8； R0的資料設定到R1地址中，並且R1 = R1 + 8
STR R0，[R1，#8]; R0的資料存放到R1+8的地址中。
STRB 位元組資料儲存指令
與LDRB與之對應，是將一個位元組（8位）資料設定到目的地址中
STR{條件}B 源暫存器，<儲存器地址>
STRB R0,[R1]; 暫存器R0中的位元組寫入到R1中
STRB R0，[R1，#8]； 暫存器R0中的資料寫入到 R1+8中
STRH 字資料儲存指令
與LDRH與之對應，是將暫存器的低16位資料傳送到儲存器中。
STR{條件}H 源暫存器，<儲存器地址>
STRH R0,[R1]; 暫存器R0中的字寫入到R1中
STRH R0，[R1，#8]； 暫存器R0中的資料寫入到 R1+8中
其它LDR/STR變形指令
LDR或者STR指令，後面都可以跟H或者B 代表2個位元組或者一個位元組。
而我們後面也可以跟 SH SB 代表有符號的2個位元組 和有符號的一個位元組。
如下：
LDRSB R0,[R1]
STRSB R1,[R0]
LDRSH R1,[RO]
STRSH RO,[R1]
塊傳輸指令
LDM/STM簡介
上面所講的LDR STR指令，最高可操作的是4個位元組。 但是ARM也支援一塊指令的傳輸。 那就是 LDM,STM塊傳輸指令。LDM STM的運算元1後面會跟著！ 代表的意思就是我們是塊操作。
LDM/STM塊傳輸
看例子：
LDM R0!,{R3-R9} ; 含義是R0儲存的是基地址，然後R3-R9用於儲存R0中的資料 R3-R9 = 7個暫存器 每個暫存器4個位元組。那麼就是儲存4*7 = 28個位元組。 意思就是從R0讀取28個位元組給R3-R9儲存
STMIA R1!,{R3-R9}; 從R3-R9暫存器中讀取的資料寫入到R1的基地址中
注意： 這裡的暫存器的操作順序與LDR是不同的。 是將R0給R3-R9 而LDR 是從運算元2讀取資料給運算元1的
其中LDM後面可以跟
- IA (Increase After) 基址暫存器在執行指令後增加，意思就是執行完指令，然後自身地址自增，然後再從自增的地方繼續執行指令。高階語言中可以理解為 i++
- IB: increase Before 基址暫存器在執行指令前增加，僅(arm),意思就是在執行此指令的時候，先自增然後在執行指令。 ++i
- DA: (Decrease After),基址暫存器在執行指令後減少（僅ARM） 同IA相反的操作。 高階語言中可以理解為 i--
- DB: (dEcrease Before) 基址暫存器在執行指令前減少，可以理解為--i
例子： 使用LDM STM實現資料拷貝
設R12 = 要拷貝的資料的起始地址（Src 等價於x86 ESI） Src_start
設R13 = 目的的儲存地址
設R14 = 要拷貝資料的終止地址 src_end
LOOP:
LDMIA R12!,{R0-R11}; R0-R11儲存了R12的資料
STMIA R13!,{R0-R11}; R0-R11資料放到R13中
CMP R12，R14;
BNE LOOP
1.首先使用LDMIA 從R12暫存器中讀取資料，並且交給R0-R11儲存
2.使用STMIA 把R0-R11的資料儲存到R13指向的記憶體中
3.比較是否拷貝完畢
4.如果起始地址！= 結束地址 那麼就是沒拷貝完畢，繼續拷貝。否則繼續執行。
LDM/STM棧操作
在計算中有一種資料結構叫做棧。在x86平臺下棧的應用很廣，比如儲存返回地址，儲存區域性變數，儲存暫存器環境等等。總的來說棧也是記憶體，既然是記憶體那麼肯定需要用Load/store架構來進行操作的。 在ARM中棧的作用起到備份的作用，因為大部分都是使用暫存器來進行操作了。LDM STM就可以操作棧，與上面講的快傳輸指令一樣，後面可以跟著IA IB DA DB. 那麼如果操作棧就會有以下幾種附加值。
-
FD 滿遞減棧，低地址生長，棧指標指向最後一個入棧的有效資料項，指標先減，然後再存資料。 這個和x86下一樣，意思就是先開闢棧，然後在移動棧指標。
如下圖：
-
ED 空遞減棧，低地址生長，棧指標（sp）是指向下一個入棧的空間，他是先存資料，然後指標在遞減。在x86下就是先移動棧指標，然後在進行資料儲存。sp 永遠指向下一棧。
例子：FD
STMFD SP!,{R0-R7,LR}; 這個指令是將RO-R7，LR的資料交給SP儲存
等價於以下指令：
STMDB SP！，{R0-R7，LR};
或者
PUSH {R0-R7，LR}
LDMFD SP！，{RO-R7,LR}; 將SP的資料儲存到R0-R7，LR
等價於：
LDMDB SP!,{R0-R7，LR}；
或者：
pop{R0-R7,LR}