ARM架构

地址空间_RISC与CISC

ARM中怎么访问寄存器？就像访问内存一样，用指针

unsigned int *p =  0x40010800; // p等于某个寄存器的地址

*p = val;   // 写这个地址，也就是写这个寄存器
val = *p;  // 读寄存器
1
2
3
4

在ARM CPU看来，内存，I/O的操作是一样的。根据CPU发出的地址选择不同的设备。

在x86架构中内存和IO是分开的，根据CPU发出的指令选择不同的设备

RISC

ARM芯片属于精简指令集计算机(RISC：Reduced Instruction Set Computing)，它所使用的指令比较简单，有如下特点：

1. 对内存只有读、写指令
2. 对于数据的运算是在CPU内部实现
3. 使用RISC指令的CPU复杂度小一点易于设计

CISC

X86属于复杂指令集计算机(CISC：Complex Instruction Set Computing)，它所用的指令比较复杂，比如某些复杂的指令会通过“微程序”实现。

比如执行乘法指令时，实际上会去执行一个“微程序”，
在“微程序”里，
一样是去执行这4不操作：
① 读内存a
② 读内存b
③ 计算a*b
④ 把结果写入内存
但是对于程序员来说，
他看不到“微程序”，
他好像用一条指令就搞定了这一切！

RISC与CISC比较

CISC的指令能力强，单多数指令使用率低却增加了CPU的复杂度，指令是可变长格式；
RISC的指令大部分为单周期指令，指令长度固定，操作寄存器，对于内存只有Load/Store操作
CISC支持多种寻址方式；RISC支持的寻址方式
CISC通过微程序控制技术实现；
RISC增加了通用寄存器，硬布线逻辑控制为主，采用流水线
CISC的研制周期长
RISC优化编译，有效支持高级语言

ARM内部寄存器

在CPU内部，用什么来保存a、b、a*b？

无论是Cortex-M3/4或者A7，CPU内部都有R0~R15寄存器，用来暂存数据。

1. LDR R0,[a] 把地址a上的值赋值给R0
2. LDR R1,[b] 把地址b上的值赋值给R1
3. ADD R0,R0,R1 将R0上的值与R1相加，结果保存在R0
4. STR R0,[a] 把R0的值赋到地址a空间上。

R13：SP，栈指针
R14：LR，用来保存返回地址
R15：PC，程序计数器，预执行指令地址，写入新值即可跳转

对于Cortex-M3/4，汇编指令里使用SP，但是可能对应不同的SP寄存器，一般情况下都是使用SP_main，运行RTOS时，可以让APP使用SP_process。
xPSR保存程序状态，比如上一条指令的执行结果、比较结果，也有一些控制作用，比如屏蔽中断，使能中断。

ARM汇编概述

一开始，ARM公司发布两类指令集：

1. ARM指令集，32位，高效，但是太占空间。
2. Thumb指令集，16位，节省空间。

因此，要节省空间时使用Thumb指令，要效率时使用ARM指令。

一个CPU既可以运行Thumb指令，也能运行ARM指令。
怎么区分当前指令是Thumb还是ARM指令呢？
程序状态寄存器中有一位，名为“T”，它等于1时表示当前运行的是Thumb指令。

假设函数A是用Thumb指令写的，函数B是用ARM指令写的，怎么调用A/B？
我们可以往PC寄存器里写入函数A或B的地址，就可以调用A或B。
那么如何让CPU在执行A函数时进入Thumb状态，在执行B时进入ARM状态？

调用A时，让PC寄存器的BIT0等于1，即PC=函数A地址+（1<<0）
调用B时，让PC寄存器的BIT0等于0，即PC=函数B地址

很麻烦，因此引入Thumb2指令集，它支持16位指令集、32位指令混合编程。

有ARM、Thumb、Thumb2指令集，但是ARM公司推出了统一汇编语言，不需要去区分这些指令集。

在程序前面用CODE32/CODE16/THUMB表示指令集ARM/Thumb/Thumb2

汇编指令格式

• Operation表示各类汇编指令，比如ADD、MOV
• cond表示condition，即该指令执行的条件
• S表示该指令执行后，会去修改程序状态寄存器
• Rd为目的寄存器，用来存储运算的结果
• Rn、Operand2表示两个源操作数

Operation表示各类汇编指令，比如ADD、MOV

cond有多种取指，如

读内存指令：LDR/LDM
写内存指令：STR/STM
LDR：Load Register LDM：Load Multiple Register
STR：Store Register STM：Store Multiple Register

立即数

MOV R0,#VAL
意思是把VAL这个值存入R0寄存器。
VAL可以是任意值吗？

• 不可以，必须是立即数。
• 假设VAL可以是任意数，MOV R0,#VAL本身是16位或32位，哪来的空间保存任意数值的VAL？所以，VAL必须符合某些规定。
  
  

LDR伪指令

去判断一个VAL是否是立即数，很麻烦！
并且就是想把任意数值赋给R0，怎么办？
可以使用伪指令

LDR R0, =VAL
1

伪指令，就是假的、不存在的指令。
LDR作为“伪指令”时，指令中有一个=，否则它就是真实的LDR指令了。

编译器会把伪指令替换成真实的指令，比如：

LDR R0, =0x12
1

0x12是立即数，那么替换为：MOV R0,#0x12

LDR R0, =0x12345678
1

0x12345678不是立即数，那么替换为：

LDR R0,[PC,#offset]  //2.使用Load Register读内存指令读出值，offset是链接程序时确定的

Label DCD 0x12345678 //1.编译器在程序某个地方保存这个值
1
2
3

ADR伪指令

ADR的意思是：address，用来读取某个标号的地址

ADR R0,Loop

Loop
	ADD R0,R0,#1
1
2
3
4

它是伪指令，会被转换成某条真实的指令，比如：

ADD R0,PC,#val  ;val在链接时确定

Loop
	ADD R0,R0,#1
1
2
3
4

ARM编译器与GCC编译器语法差异

使用keil这种工具，所用到的编辑器就是armasm
arm-linux-gnueabihf这种就是GNU Assembler