Part 3 ARM指令集

ARM模式和Thumb模式

ARM處理器主要有兩種工作模式（先不算Jazelle）-ARM狀態(tài)和Thumb狀態(tài)。這些狀態(tài)模式與權(quán)限級別無關(guān)，它們主要區(qū)別是指令集，在ARM模式下指令集始終是32-bit，但是在Thumb模式下可以是16-bit或者32-bit。學(xué)會怎么使用Thumb模式對于ARM開發(fā)很重要。編寫ARM殼代碼時(shí)，我們需要避免NULL字節(jié)，使用16位Thumb指令而不是32位ARM指令可以降低這種風(fēng)險(xiǎn)。ARM各版本的調(diào)用規(guī)范容易讓人混淆，不是所有的ARM版本都支持相同的Thumb指令集。后來，ARM 引入了增強(qiáng)的 Thumb 指令集（偽名稱：Thumbv2），它允許 32 位 Thumb 指令甚至允許條件執(zhí)行，而這在之前的版本中就不行。為了在Thumb中支持條件執(zhí)行，引入了“it”指令。但是，此指令隨后在更高版本中被刪除，并與更簡單的東西進(jìn)行了替換。我不知道所有不同ARM/Thumb指令集的所有不同變體，實(shí)話說，我不關(guān)心。你也最好也別關(guān)心。您只需要知道的是你的目標(biāo)設(shè)備的 ARM 版本及其特定的 Thumb 支持，然后再調(diào)整代碼。ARM 信息中可以幫助您確定ARM 版本的細(xì)節(jié)（http://infocenter.arm.com/help/index.jsp）。

• Thumb-1（16 位指令）：在ARMv6和更早的體系結(jié)構(gòu)中使用。
• Thumb-2（16 位和 32 位指令）：在Thumb-1基礎(chǔ)上添加更多指令并允許它們?yōu)?16 位或 32 位寬（ARMv6T2、ARMv7）。
• ThumbEE：更改和添加了一些支持動態(tài)生成代碼的功能（在執(zhí)行之前或執(zhí)行期間在設(shè)備上編譯代碼）。

ARM模式和Thumb模式的態(tài)區(qū)別：

• 條件執(zhí)行：在ARM模式下所有的指令都支持條件執(zhí)行。一些版本的ARM處理器可以通過it指令在Thumb工作模式下支持條件執(zhí)行。
• ARM和Thumb模式下的32-bit指令：在Thumb模式下的32-bit指令有.w后綴。
• 桶型位移器（barrel shifter）是ARM模式下的另一個(gè)特點(diǎn)。它可以將多條指令縮減為一條。例如，你可以通過向左位移1位的指令后綴將乘法運(yùn)算直接包含在一條MOV指令中（將一個(gè)寄存器的值乘以2，再將結(jié)果MOV到另一個(gè)寄存器）:MOV R1, R0, LSL#1 ;R1 = R0 * 2，而不需要使用專門的乘法指令來運(yùn)算。
  要切換處理器在其中執(zhí)行的狀態(tài)，必須滿足以下兩個(gè)條件之一：
  • 我們可以使用分支指令 BX（分支和切換狀態(tài)）或 BLX（分支、鏈接和切換狀態(tài)），并將目標(biāo)寄存器的最小有效位設(shè)置為 1?？梢酝ㄟ^偏移量加1來實(shí)現(xiàn)，例如0x5530+1。您可能會認(rèn)為這將導(dǎo)致對齊問題，因?yàn)橹噶钍?2 或 4 字節(jié)對齊的。這不是問題，因?yàn)樘幚砥鲗⒑雎宰畹陀行弧Ｔ斠奝art 6：條件執(zhí)行和分支。
  • 如果當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器的T位被置位，就說明工作在Thumb模式下。

ARM指令簡介

本節(jié)簡單介紹ARM指令集以及基本用法。了解匯編語言中的最小部分如何操作，它們之間如何銜接，它們之間能組合成什么樣的功能。

ARM指令后面通常跟著兩個(gè)操作數(shù)，像下面這樣的形式：

MNEMONIC{S}{condition} {Rd}, Operand1, Operand2

由于ARM指令集的靈活性，并不是所有的指令都用到這些字段。這些字段的解釋如下：

MNEMONIC - 操作指令（機(jī)器碼對應(yīng)的助記符）。 {S} - 可選后綴. 如果指定了該后綴，那么條件標(biāo)志將根據(jù)操作結(jié)果進(jìn)行更新。 {condition} - 執(zhí)行指令所需滿足的條件。 {Rd} - 目標(biāo)寄存器，存儲操作結(jié)果。 Operand1 - 第一操作數(shù)（寄存器或者立即數(shù)） Operand2 - 第二操作數(shù). 立即數(shù)或者帶有位移操作后綴（可選）的寄存器。

MNEMONIC, S, Rd和Operand1字段比較明了，condition 和 Operand2字段需要再解釋一下。condition字段與CPSR寄存器的值有關(guān)，準(zhǔn)確的說是和CPSR某些位有關(guān)。Operand2也叫可變操作數(shù)，因?yàn)樗梢杂卸喾N形式--立即數(shù)、寄存器、帶有位移操作的寄存器。例如Operand2可以有以下多種形式：

#123 - 立即數(shù)。 Rx - 寄存器x (如 R1, R2, R3 ...)。 Rx, ASR n - 寄存器x，算術(shù)右移n位 (1 = n = 32)。 Rx, LSL n - 寄存器x，邏輯左移n位 (0 = n = 31)。 Rx, LSR n - 寄存器x，邏輯右移n位 (1 = n = 32)。 Rx, ROR n - 寄存器x，循環(huán)右移n位 (1 = n = 31)。 Rx, RRX - 寄存器x，擴(kuò)展的循環(huán)位移，右移1位。

讓我們以一個(gè)簡單的例子看一下這些指令的不同：

ADD R0, R1, R2 - 將寄存器R1內(nèi)的值與寄存器R2內(nèi)的值相加，結(jié)果存儲到R0。 ADD R0, R1, #2 - 將寄存器R1內(nèi)的值加上立即數(shù)2，結(jié)果存儲到R0。 MOVLE R0, #5 - 僅當(dāng)滿足條件LE（小于或等于）時(shí)，才將立即數(shù)5移動到R0（編譯器會把它看作MOVLE R0, R0, #5）。 MOV R0, R1, LSL #1 - 將寄存器R1的內(nèi)容向左移動一位然后移動到R0（Rd）。因此，如果R1值是2，它將向左移動一位，并變?yōu)?。然后將4移動到R0。

來快速總結(jié)一下，看一下后續(xù)示例中將涉及的一些常用指令：

<end>

總結(jié)

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