ARM授课总结内容

1、一、二进制1.1 莱布尼茨发明了二进制，并初步判断了二进制可以用于计算。布尔提出了布尔代数，说明了二进制的运算规则，可以用来进行任何计算。1.2 在数字电路这门课程中，可以看到，使用电子器件很容易实现二进制及其运算。二、对计算机的认识2.1 计算机，实际是一种自动化计算装置，其历史悠久。2.2 现代计算机，是冯.诺依曼在前人经验上提出的。他将计算机划分为五个组成部分：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。运算器和控制器组成了CPU。这种组成结构，被称为冯.诺依曼体系结构。其关键为：2.2.1 程序存放在存储器2.2.2 控制器起着全局控制管理作用。2.2.3 从存储器中，取出一条指令，送

2、到运算器中进行处理。周而复始，直到最后一条指令执行完毕。三、对CPU的认识3.1 CPU内部包括了许多部件，比较重要的有ALU、CU、流水线、缓存、片内总线、ICE、寄存器。这些部件，有些是程序员在工作中所特别关心的（称之为可见的、不透明的）。3.2 对于绝大多数程序员来说，主要关心的是寄存器及其功能作用。对于系统程序员来说，他们还要关心MMU，cache，TCM。3.3 不同体系结构的CPU，寄存器的类型与作用有所不同。3.4 对于ARM CPU来说，寄存器分为：通用寄存器、状态与控制寄存器（程序状态寄存器）、指令指针寄存器（程序计数器）。3.5 ARM CPU共有37个寄存器（32位）：3

3、1个通用寄存器，6个状态寄存器。3.6 通用寄存器的作用：存放数据。这个数据，分为两种类型：第一种是直接进行算术逻辑运算的数据；第二种，是数据在存储器的位置或地址（在C语言中，又叫做指针）。3.7 状态与控制寄存器（程序状态寄存器）的作用：当CPU进行一次计算后，得到一个结果。这个结果对CPU后续的运行有影响。因此，状态与控制寄存器就必须把影响给记录下来。3.8 指令指针寄存器（程序计数器）的作用：下一条要运行的指令在存储器的位置（地址）。3.9 ARM CPU可以工作在7种工作模式之一：用户、系统、管理、中止、未定义、中断、快中断。管理、中止、未定义、中断、快中断这5种合称为异常模式。除了用

4、户模式以外，其它6种模式合称为特权模式。将CPU的工作模式进行细分，是为了保护系统的安全性，提高系统的性能。3.10 R0R7、R15，是7个工作模式所共用的。3.11 R8R12，有2套，快中断使用1套，其它6个工作模式共用1套。3.12 R13R14，共有6套，用户模式和系统模式共用1套，其它每个工作模式分别使用1套。3.13 CPSR，只有1个，由所有的工作模式所共用。3.14 SPSR，有5个，管理、中止、未定义、中断、快中断这5个工作模式各自有1个。3.15 子程序间通过寄存器R0R3来传递参数。这时，寄存器R0R3可记作a0a3。3.16 在子程序中，使用寄存器R4R11来保存局部

5、变量。这时，寄存器R4R11可以记作v1v8。3.17 寄存器R12用作过程调用中间临时寄存器，记作IP。3.18 寄存器R13用作堆栈指针，记作SP。3.19 寄存器R14称为连接寄存器，记作LR。它用于保存子程序的返回地址。3.20 寄存器R15是程序计数器，记作PC。四、对存储器的认识4.1 在冯.诺依曼体系结构中，程序和数据是存放在存储器中的。4.2 这个存储器就是我们常说的内存。4.3 在物理上，如果把程序和数据分别放在不同的存储器中，那么得到哈佛结构。4.4 由于计算机只能处理二进制，因此存放在存储器中的程序和数据都是以二进制形式存在的。4.5 在计算机组成原理中，我们知道，存储器

6、与CPU是通过总线连接起来的。而且，存储器本身有很多的组合方式。4.6 不过，对于程序员来说，在绝大多数场合中，我们都认为存储器的基本单位是1个字节（8 bit），或称为一个存储单元。4.7 存储单元可以比做房间，存储单元里面的内容就是房间里面的人。4.8 现在，对于每个存储单元，分别给一个编号（类似于房间号码）。这个编号，我们称之为地址（在语言中，又称为指针）。4.9 编号的范围，不同的CPU有不同的规定。4.10 对于32位ARM CPU，编号范围为0到232-1。这个范围称为地址空间。显然，这个空间是一维的线性空间。4.11 连接存储器与CPU的硬件线路分为：数据总线、地址总线、控制总线

7、。4.12 我们说一个ARM CPU是32位的，那么数据总线共32根。一次可以读取32bit数据，即4个字节。当然，也可以只读取1个字节，2个字节（半字）。4.13 不管是冯.诺依曼体系结构还是哈佛结构，程序和数据的地址都是处于同一个地址空间。五、对外设的认识5.1 CPU的速度远远大于外设的速度。5.2 外设的种类非常多：按传输的数值类型来划分，可以分为模拟量和数字量；按一次传输数据的数量来划分，可以分为串行和并行；按对总线的占用方式来划分，可以划分为独占式（点对点式）和共享式。5.3 为了保证兼容性、通用性、速度匹配，在CPU和外设之间专门设置一种电路部件，这种电路部件被称为接口电路。简称

8、为接口。5.4 通过接口，实现CPU与外设之间的数据传输，对外设进行控制，检测外设的状态。5.5 跟存储器一样，每个接口都有一个编号。同样地，这个编号被称为地址（接口地址）。5.6 与存储器的存储单元的编号一样，全部的接口编号也形成一个地址空间。5.7 如果存储器的地址空间与接口的地址空间是独立的，那么，所得到的地址编址方案叫做独立编址。5.8 如果把存储器的地址空间与接口的地址空间整合在一起，那么，所得到的地址编址方案叫做统一编址。5.9 ARM CPU采用了统一编址方案。六、ARM CPU指令的认识6.1 ARM CPU有两大类指令，一个就叫做ARM指令集，另一种叫做Thumb指令集。6.

9、2 我们主要学习ARM指令集。6.3 ARM CPU是一种RISC CPU，一条ARM指令占用了4个字节，即32bit。6.4 ARM指令的汇编语言格式为：<opcode> <cond> S <Rd> ,<Rn>,<operand2>6.4.1 <>号内的项是必需的，号内的项是可选的。例如，<opcode>是指令助记符，这是必需的。6.4.2 <cond>为指令执行条件，是可选项。若不书写则使用默认条件AL(无条件执行)。opcode指令助记符，如LDR、STR等。cond执行条件，如EQ、NE等。

10、S是否影响CPSR寄存器的值，书写时影响CPSR。Rd目标寄存器。Rn第1个操作数的寄存器。operand2第2个操作数。6.5 条件码的实例6.6 ARM存储器访问指令6.6.1 ARM处理器是加载/存储体系结构的典型的RISC处理器，对存储器的访问只能使用加载和存储指令实现。6.6.2 ARM的加载/存储指令实现字、半字、无符号/有符号字节操作；多寄存器加载/存储指令可实现一条指令加载/存储多个寄存器的内容，大大提高效率。6.6.3 SWP指令是一条寄存器和存储器内容交换的指令，可用于信号量操作等。七、ARM CPU的寻址方式7.1 实际上，在存储器中的ARM指令是一个32bit的二进制，

11、包含两个基本部分（字段）：操作码和地址码。7.2 操作码表明ARM指令的功能7.3 地址码表明数据存放在哪个地方。数据可以存放于存储器、寄存器、也可以直接跟在操作码后面。7.4 所谓寻址方式，就是根据指令中的地址码去寻找真实操作数地址的方式。7.5 ARM指令集具有9种寻址方式。7.5.1 寄存器寻址。操作数的值在寄存器中，指令中的地址码字段指出的是寄存器编号，指令执行时直接取出寄存器值来操作。例如：MOV R1, R2 ; 将R2的值存入R17.5.2 立即寻址。指令中的操作码字段后面的地址码部分就是操作数。也就是说，指令已经包含了数据，当CPU从存储器中取出指令时，也就取出了可以立即使用的

12、操作数(这样的数称为立即数)。例如：MOV R0, #0xFF00; 将立即数0xFF00装入R0寄存器SUBS R0, R0, #1 ; R0 减1，结果放入R0，并且影响标志位立即数前面需加“#”号；表示16进制数值时以“0x”表示7.5.3 寄存器移位寻址。这是ARM指令集特有的寻址方式。当第2个操作数是寄存器移位方式时，第2个寄存器操作数在与第1个操作数结合之前，选择进行移位操作。例如：MOV R0, R2, LSL #3 ; R2的值左移3位，结果放入R0，即是R0=R2×8ANDS R1, R1, R2, LSL R3 ; R2的值左移R3位，再和R1进行“与”操作，;

13、结果放入R17.5.4 寄存器间接寻址。地址码是某个通用寄存器的编号，所需的操作数保存在寄存器指定地址的存储单元中，即寄存器为操作数的地址指针。LDR R1, R2 ; 将R2指向的存储单元的数据读出，保存在R1中7.5.5 基址寻址。将基址寄存器的内容与指令中给出的偏移量相加，形成操作数的有效地址。基址寻址用于访问基址附近的存储单元，常用于一组数据的操作（数组、表）、功能部件寄存器访问等。例如：LDR R2, R3,#0x0C ;读取R3+0x0C地址上的存储单元的内容，放入R2STR R1, R0,#-4! ;先R0=R0-4，然后把R1的值寄存到保存到R0指定的存储单元符号“!”表明指令

14、在完成数据传送后更新基址寄存器。7.5.6 多寄存器寻址。一次可传送几个寄存器值，允许一条指令传送16个寄存器的任何子集或所有寄存器。例如：LDMIA R1!, R2-R7, R12 ;将R1指向的单元中的数据读出到R2R7、R12中，R1自动加1STMIA R0!, R2-R7, R12 ;将寄存器R2R7、R12的值保存到R0指向的存储单元中，R0自动加1使用多寄存器寻址指令时，寄存器子集的顺序是由小到大的顺序排列，连续的寄存器可用“-”连接，否则用“,”分隔书写。7.5.7 堆栈寻址。堆栈是一种按特定顺序进行存取的存储区，操作顺序分为“后进先出”或“先进后出”。7.5.7.1 堆栈寻址使

15、用一个专门的寄存器(堆栈指针)指向一块存储区域(堆栈)，指针所指向的存储单元即是堆栈的栈顶。7.5.7.2 存储器堆栈可分为两种：² 向上生长：向高地址方向生长，称为递增堆栈。² 向下生长：向低地址方向生长，称为递减堆栈。7.5.7.3 堆栈指针指向最后压入的堆栈的有效数据项，称为满堆栈；堆栈指针指向下一个待压入数据的空位置，称为空堆栈。这样就有4种类型的堆栈表示递增和递减的满和空堆栈的各种组合：² 满递增：堆栈通过增大存储器的地址向上增长，堆栈指针指向内含有效数据项的最高地址。指令如LDMFA、STMFA等。² 空递增：堆栈通过增大存储器的地址向上增长

16、，堆栈指针指向堆栈上的第一个空位置。指令如LDMEA、STMEA等。² 满递减：堆栈通过减小存储器的地址向下增长，堆栈指针指向内含有效数据项的最低地址。指令如LDMFD、STMFD等。² 空递减：堆栈通过减小存储器的地址向下增长，堆栈指针向堆栈下的第一个空位置。指令如LDMED、STMED等。7.5.7.4 堆栈寻址指令举例如下：STMFD SP!, R1-R7, LR ; 将R1R7、LR入栈。满递减堆栈。LDMFD SP!, R1-R7, LR ; 数据出栈，放入R1R7、LR寄存器。满递减堆栈。7.5.8 块拷贝寻址。适用于多寄存器传送指令，用于将一块数据从存储器的某

17、一位置拷贝到另一位置。例如：STMIA R0!, R1-R7 ; 将R1R7 的数据保存到存储器中。存储指针在保存第一个值之后增加，增长方向为向上增长。STMIB R0!, R1-R7 ; 将R1R7 的数据保存到存储器中。存储指针在保存第一个值之前增加，增长方向为向上增长。STMDA R0!, R1-R7 ; 将R1R7 的数据保存到存储器中。存储指针在保存第一个值之后增加，增长方向为向下增长。STMDB R0!, R1-R7 ; 将R1R7 的数据保存到存储器中。存储指针在保存第一个值之前增加，增长方向为向下增长。7.5.9 相对寻址。基址寻址的一种变通。由程序计数器PC提供基准地址，指令

18、中的地址码字段作为偏移量，两者相加后得到的地址即为操作数的有效地址。例如：八、关于移位操作8.1 移位操作有5种，如下图所示。其实，C语言就有移位运算符。8.2 LSL：逻辑左移(Logical Shift Left)，寄存器中字的低端空出的位补0。8.3 LSR：逻辑右移(Logical Shift Right)，寄存器中字的高端空出的位补0。8.4 ASR：算术右移(Arithmetic Shift Right)，移位过程中保持符号位不变，即若源操作数为正数，则字的高端空出的位补0，否则补1。8.5 ROR：循环右移(Rtate Right)，由字的低端移出的位填入字的高端空出的位。8.6

19、 RRX：带扩展的循环右移(Rotate Right eXtended by 1 place)，操作数右移一位，高端空出的位用原C标志值填充。九、ARM指令集编码中的第2操作数9.1 ARM指令的汇编形式，如下所示：<opcode> <cond> S <Rd>, <Rn>, <operand2>9.2 ARM指令编码格式(32位)，如下图所示9.3 第2操作数“operand2”。可提高代码效率，形式如下：9.3.1 #immed_8r常数表达式，得到一个32位的立即数，但并不是所有的32位立即数都是有效的。从下图可以看出，opera

20、nd2由两部分组成，右边的一部分是8位立即数，左边部分是循环右移长度（或次数）。通过对右边部分进行指定长度的循环右移，可以得到32位的立即数。不过，这种运算所能得到的32位立即数是很少的。例如：MOV R4, #0x8000000A。0x8000000A是由8位的0xA8循环右移0x4位得到。9.3.2 Rm寄存器方式；在寄存器方式下，操作数即为寄存器的数值。例如：SUBR1, R1, R29.3.3 Rm, shift寄存器移位方式；将寄存器的移位结果作为操作数（移位操作不消耗额外的时间），但Rm值保持不变。9.3.4 shift，是移动次数（位数）。移动方式，已经在第八部分“关于移位”讲到

21、。移动次数的取值范围为：n 5bit的立即数n 寄存器9.3.5 例如：ADDR1, R1, R1, LSL #3;R1=R1+R1<<3SUBR1, R1, R2, LSR R3;R1=R1-R2>>R39.4 CPSR与SPSR十、关于ARM的指令10.1 ARM指令集大致分为6类：分支指令、Load/Store指令、数据处理指令、程序状态寄存器指令、异常中断指令、协处理器指令。10.2 分支指令。ARM有两种方法可以实现程序分支转移。n 跳转指令。n 长跳转。直接向PC寄存器（R15）中写入目标地址。10.2.1 跳转指令有4种：B、BL、BX、BLX。10.2.

22、2 B分支指令，语法：Bcond label10.2.3 BL带链接分支指令，语法：BLcond label10.2.4 BX分支并可选地交换指令集，语法：BXcond Rm10.2.5 BLX带链接分支并可选择地交换指令集，语法：BLXcond label | Rm10.2.6 BL指令的意义：Branch and Link。例如：. .bl MyPro;调用子程序MyPro.MyPro;子程序MyPro本体 . . mov PC, LR;将R14的值送入R15，返回10.2.7 BX指令使用举例。通过使用BX指令可以让ARM处理器内核工作状态在ARM状态和Thumb状态之间进行切换。;从A

23、RM状态转变为Thumb状态LDRR0, =Sub_Routine+1BXR0;从Thumb 状态转变为ARM状态LDRR0, =Sub_RoutineBXR010.2.8 长跳转。直接向PC寄存器写入目标地址值，可以实现4GB地址空间中的任意跳转。例如，以下的两条指令实现了4GB地址空间中的子程序调用：MOV LR, PC;保存返回地址MOV R15, #0x00110000;无条件转向绝对地址0x110000;此32位立即数地址应满足单字节循环右移偶数次10.3 Load/Store指令，又称为数据加载与存储指令。l 用于在存储器和处理器之间传输数据。Load用于把内存中的数据装载到寄存器

24、，Store指令用于把寄存器中的数据存入内存。l 同时，由于ARM CPU采用统一编址，因此，外围I/O也使用Load/Store指令。10.3.1 共有3种类型的Load/Store指令：n 单寄存器传输指令n 多寄存器传输指令n 交换指令10.3.2 Load/Store指令变址模式。变址模式有四种：零偏移、前变址、后变址、回写前变址。显然，变址的作用等效于C语言中的指针。变址模式数据基址寄存器指令举例零偏移membase直接基址寄存器寻址LDR r0, r1回写前变址membase+offset基址寄存器加偏移量LDR r0, r1, #4!前变址membase+offset不变LDR

25、r0, r1, #4后变址membase基址寄存器加偏移量LDR r0, r1, #410.3.3 单寄存器传送指令助记码操作指令描述LDR把一个字装入一个寄存器Rdmem32addressSTR从一个寄存器保存一个字Rdmem32addressLDRB把一个字节装入一个寄存器Rdmem8addressSTRB从一个寄存器保存一个字节Rdmem8addressLDRH把一个半字装入一个寄存器Rdmem16addressSTRH从一个寄存器保存一个半字Rdmem16addressLDRSB把一个有符号字节装入寄存器Rd符号扩展(mem8address)LDRSH把一个有符号半字装入寄存器Rd符号

26、扩展(mem16address)10.3.4 单寄存器传送指令，以LDR和STR为例LDR R2，R3，#0x0C 读取R30x0C地址上的一个字数据内容，放入R2。属前变址。STR R1，R0，#4! R04R1，R0=R04符号“!”表明指令在完成数据传送后应该更新基址寄存器；属回写前变址。LDR R1，R0，R3，LSL #1 将R0R3×2地址上的存储单元的内容读出，存入R1。LDR R3, STARTSTART代表着子程序的偏移地址。ARM CPU自动将偏移地址与程序计数器PC的值进行相加。PC，是隐含的基址寄存器，代表着当前正在执行的指令。10.3.5 多寄存器传输指令。

27、前面第七部分的多寄存器寻址方式已经讲过了。10.3.6 交换指令。SWP，可以一次性地完成数据交换。10.4 数据处理指令10.4.1 数据处理指令对存放在寄存器中的数据进行操作，分为：数据传送指令、算术指令、逻辑指令、比较指令和乘法指令。10.4.2 算术指令和逻辑运算指令完成常用的算法与逻辑运算，将运算结果保存于目的寄存器中，同时更新CPSR 的相应条件标志位。10.4.3 比较指令不保存运算结果，只更新CPSR中相应的条件标志位。10.4.4 ARM数据处理指令机器编码格式如下图所示：11.4.4.1 cond: 指令执行的条件码。跟上一条指令有关。11.4.4.2 I：用于区别第二操作

28、数据是立即数（I=1）还是寄存器移位（I=0）11.4.4.3 opcode：数据处理指令操作码。11.4.4.4 S：用于设置条件码，S=0，条件码不改变，S=1，条件码根据具体指令的结果修改。11.4.4.5 Rn：第一操作数寄存器。11.4.4.6 Rd：目标寄存器。11.4.4.7 operand2：第二操作数，该数可以是立即数或寄存器移位数。10.4.5 数据传送指令11.4.5.1 将一个寄存器中的数据传送到另一个寄存器，或者将一个立即数传送到寄存器。11.4.5.2 通常用来设置寄存器的初始值。11.4.5.3 数据传送指令包括：² MOV数据传送指令² MV

29、N数据取反传送指令11.4.5.4 实例：10.4.6 移位操作10.4.6.1 ARM微处理器一个显著的特征是：在操作数进入ALU之前，对操作数进行预处理。10.4.6.2 如：指定位数的左移或右移，这种功能明显增加了数据处理操作的灵活性。10.4.6.3 移动操作包括：LSL逻辑左移LSR逻辑右移ASR算术右移ROR循环右移RRX带扩展的循环右移10.4.6.4 例：设指令操作之前，R0=0x00000000, R1=0x80000004，则执行如下指令后R0, R1的值有什么变化？MOVR0, R1, LSL #1分析：该指令的作用是将R1中的内容左移一位后传送到R0中。指令执行时，首先

30、实现R1, LSL #1，即将R1的内容左移一位，得到8。然后该值送入R0，故R0中的值为0x00000008，R0中原来的值被覆盖掉，R1的值仍为0x80000004。10.4.7 算术指令10.4.7.1 主要是加法和减法。10.4.7.2 两个32位数据的加减操作。10.4.7.3 与第二操作数结合起来，更加灵活。10.4.7.4 主要包括：ADD 加法指令ADC 带进位加法指令SUB 减法指令SBC 带借位减法指令RSB 逆向减法指令RSC 带借位的逆向减法指令10.4.7.5 以ADD为例：² 汇编格式：ADD <cond> S Rd, Rn, operand2

31、² 寄存器Rn的值和操作数operand2相加，结果送Rd寄存器，即Rd=Rn+operand2。² Rd为操作数1，要求是一个寄存器。² operand2是操作数2，可以是一个寄存器，被移位的寄存器或一个立即数。² S选项影响CPSR中条件标志位的值：N、Z、C、V标志。² 示例：10.4.8 逻辑运算指令10.4.8.1 对操作数进行按位操作。10.4.8.2 位与位之间无进位或借位。10.4.8.3 没有数的正负与数的大小之分。10.4.8.4 主要包括：10.4.8.5 以AND指令为例：10.4.9 比较指令10.4.9.1 将一个寄

32、存器与一个32位的值进行比较或测试。10.4.9.2 根据结果更新CPSR中的标志位，但不影响其他的寄存器。10.4.9.3 在设置标志位后，其他指令可以通过条件执行来改变程序的执行顺序。10.4.9.4 对于比较指令，不需要使用S后缀就可以改变标志位的值。10.4.9.5 比较指令包括：n CMP 比较指令。n CMN 反值比较指令。n TST 位测试指令。n TEQ 相等测试指令。10.4.9.6 以CMP为例：² CMP指令将寄存器Rn的内容和另一个操作数operand2进行比较，同时更新CPSR中条件标志位的值。² 该指令实质上是进行一次减法运算，但不存储结果，只更

33、改条件标志位。后面的指令就可以根据条件标志位来决定是否执行。10.4.10 乘法指令10.4.10.1 把一对寄存器的内容相乘，然后根据指令类型把结果累加到其他的寄存器。10.4.10.2 乘法指令与乘加指令共有6条，根据运算结果可分为32位运算和64位运算两类。10.4.10.3 64位乘法又称为长整型乘法指令，由于结果太大，不能再放在一个32位的寄存器中，所以把结果存放在2个32位的寄存器Rdlo和Rdhi中。10.4.10.4 Rdlo存放结果的低32位，Rdhi存放结果的高32位。10.4.10.5 对于乘法指令，所有源操作数、目的寄存器都必须为通用寄存器，不能对操作数使用立即数或被移

34、位的寄存器。10.4.10.6 目的寄存器Rd和操作数Rm必须是不同的寄存器。10.4.10.7 乘法指令与乘加指令共有以下6条：n MUL 32位乘法指令。n MLA 32位乘加指令。n SMULL 64位有符号数乘法指令。n SMLAL 64位有符号数乘加指令。n UMULL 64位无符号数乘法指令。n UMLAL 64位无符号数乘加指令。10.4.10.8 以MUL为例：n 将操作数Rm与操作数Rs的乘法运算，并把结果放置到目的寄存器Rd中。即Rd=Rm×Rs。n S选项决定指令的操作是否影响CPSR中条件标志位的值，有S时指令执行后的结果影响CPSR中条件标志位N和Z值。n

35、在ARMv4及以前版本中，标志C和V不可靠，在ARMv5及以后版本中不影响C和V标志（其它的乘法指令对于S的规定与此相同）。10.4.11 异常中断指令SWI10.4.11.1 在ARM体系结构中，存在7种异常处理。10.4.11.2 当某种异常发生时，CPU把程序计数器PC设置为一个特定的存储器地址，这个地址存放了一条跳转指令。CPU执行这条跳转指令，就可以进入相应的中断处理服务程序的起始地址（入口），对异常进行处理。10.4.11.3 这7个异常所对应的存储器地址形成了一张表，即向量表（vector table）。10.4.11.4 向量表在ARM地址空间的位置，有两种情况，根据具体的CP

36、U来确定，如下表所示：异 常 类 型处理器模式执行低地址执行高地址复位异常（Reset）特权模式0x000000000xFFFF0000未定义指令异常（Undefined Interrupt）未定义指令中止模式0x000000040xFFFF0004软中断异常（SWI）特权模式0x000000080xFFFF0008预取异常（Prefetch Abort）数据访问中止模式0x0000000C0xFFFF000C数据异常（Data Abort）数据访问中止模式0x000000100xFFFF0010外部中断异常（IRQ）外部中断请求模式0x000000180xFFFF0018快速中断异常（FIQ

37、）快速中断请求模式0x0000001C0xFFFF001C10.4.11.5 当异常发生时，分组寄存器r14和SPSR用于保存处理器状态，操作伪指令如下： R14_<exception_mode> = return link SPSR_<exception_mode> = CPSR CPSR40 = exception mode number CPSR5 = 0 /*进入ARM状态*/ If <exception_mode> = = reset or FIQ then CPSR6 = 1 /*屏蔽快速中断FIQ*/ CPSR7 = 1 /*屏蔽外部中断IRQ

38、*/ PC = exception vector address 10.4.11.6 异常返回时，SPSR内容恢复到CPSR，连接寄存器r14的内容恢复到程序计数器PC。10.4.11.7 这里，专注于软中断异常SWI。软中断异常是程序员调用SWI指令所引起的异常。10.4.11.8 软中断异常发生时，处理器进入特权模式，执行一些特权模式下的操作系统功能。10.4.11.9 软中断异常发生时，处理器执行下列伪操作。 r14_svc = address of next instruction after the SWI instruction SPSR_und = CPSR CPSR40 = 0

39、b10011 /*进入特权模式*/ CPSR5 = 0 /*处理器进入ARM状态*/ /*CPSR6保持不变*/ CPSR7 = 1 /*禁止外设中断*/ If high vectors configured then PC = 0xffff0008 Else PC = 0x0000000810.4.11.10 为什么要设计SWI呢？原因有很多，例如：CPU可以从用户模式转移到系统模式；可以方便程序员扩充系统功能，等等。10.4.11.11 软中断异常SWI还可以进一步包含成多个特定功能。每个功能用SWI中断号进行区分。10.4.11.12 所以，当发生SWI异常，进入异常处理程序时，异常处理

40、程序必须提取SWI中断号，从而得到用户请求的特定SWI功能。10.4.11.13 SWI指令格式SWIcond immed_2410.4.11.14 在SWI指令的编码格式中，后24位称为指令的"comment field"。该域保存的24位数，即为SWI指令的中断号。10.4.11.15 下面是一个SWI的中断处理程序.SWI_Handler: STMFD sp!, r0-r12,lr ;保存寄存器 LDR r0, lr,#-4 ;计算SWI指令地址 BIC r0, r0, #0xff000000 ;提取指令编码的后24位 ; ; 提取出的中断号放r0寄存器，函数返回 ;

41、 LDMFD sp!, r0-r12,pc ;恢复寄存器在这个例子中，使用LR-4得到SWI指令的地址，再通过"BIC r0, r0, #0xff000000"指令提取SWI指令中断号。十一、ARM汇编语言程序的介绍11.1 一个最简单的程序 AREA XXH, CODE, READONLY ；声明代码段 CODE32 ；声明为32位ARM指令 ENTRY ；声明程序入口START MOV R0 ,#0 MOV R1, #1 ADD R1, R1, R0 B START END11.2 在ARM汇编程序中用“;”号进行注释。11.3 一个完整的ARM汇编由两部分组成：声明，

42、实际代码段两部分组成。11.4 声明：在一个程序之前先要进行声明11.4.1 声明代码段：用AREA指令定义一个段，说明所定义段的相关属性(说明段的名字，段的属性)11.4.2 声明ARM指令：用CODE32或CODE16来声明程序为32位ARM指令或是16位Thumb指令。11.4.3 声明程序入口：用ENTRY指令标识程序的入口点。11.4.4 在程序完成后要用END指令声明程序结束。每一个汇编程序段都必须有一条END指令，指示代码段的结束。11.5 段：在ARM汇编语言程序中，以程序段为单位组织代码。段是相对独立的指令或数据序列,具有特定的名称。11.6 段的分类11.6.1 代码段:

43、代码段的内容为执行代码11.6.2 数据段: 数据段存放代码运行时需要用到的数据。11.6.3 代码段一般具有READONLY属性。11.6.4 数据段一般具有READWRITE属性。11.6.5 一个汇编程序至少有一个代码段。如果程序较长时，可以分割为多个代码段和数据段。多个段在程序编译连接时最终形成一个可执行的映像文件。11.7 汇编语言的语句格式LABEL OPERATION OPERAND ;COMMENT11.7.1 LABEL。n 标号域用来表示指令的地址、变量、过程名、数据的地址和常量。n 语句标号必须在一行的开头书写，不能留空格。11.7.2 操作助记符域(OPERATION)

44、。n 操作助记符域可以为指令、伪操作、宏指令或伪指令的助记符。n 所有的指令都不能在行的开头书写，必须在指令的前面有空格，然后再书写指令。n 可以为大写，也可以为小写。但是，不能大小写混写。n 指令助记符和后面的操作数或操作寄存器之间必须有空格，不可以在它们之间使用逗号。n 伪操作是ARM汇编语言程序里的一些特殊助记符，其作用主要是为完成汇编程序做的各种准备工作，在源程序进行汇编时由汇编程序处理，而不是程序运行期间由机器执行。n 宏指令是一段在独立的程序代码，可插在源程序中，它通过伪操作来定义。宏在使用之前必须提前定义好，宏之间可互相调用，也可递归调用。n 伪指令是ARM汇编语言程序里的特殊指

45、令助记符，也不在程序运行期间由机器执行。它们在汇编时将被合适的机器指令代替成ARM或Thumb指令，从而实现真正的指令操作。11.7.3 操作数域(OPERAND)。操作数域表示操作的对象，操作数可以是常量、变量、标号、寄存器名或表达式，不同对象之间必须用逗号“，”分开。实例：十二、汇编语言程序中常用的符号12.1 在汇编语言程序设计中，经常使用各种符号表示变量、常量和地址等，以增加程序的可读性。12.2 符号的命名必须遵循以下约定：n 由大小写字母、数字以及下划线组成。n 区分大小写，同名的大、小写符号会被编译器认为是两个不同的符号。n 符号在其作用范围内必须唯一，即在其作用范围内不可有同名

46、的符号。n 自定义的符号名不能与系统的保留字相同。n 符号名不应与指令或伪指令同名。12.3 程序中的变量n 程序中的变量是指其值在程序的运行过程中可以改变的量。n 通过定义变量可以简化程序的表达，增强程序的可读性，方便对程序进行修改，便于交流和记忆。n 同时编译程序会自动安排变量的存储空间，程序设计工程师可以不必去关心存储空间的安排，因此一个好的程序设计工程师应该恰当地使用变量。n ARM汇编程序所支持的变量有数值变量、逻辑变量和字符串变量。n 使用GBLA、GBLL、GBLS伪操作声明全局变量。n 使用LCLA、LCLL、LCLS伪操作声明局部变量。n 使用SETA、SETL和SETS对变

47、量进行初始化。n 数值变量的值的大小不应超过一个32位数所能表示的范围。全局数值变量使用伪操作GBLA定义，局部数值变量使用伪操作LCLA定义。数值变量使用SETA赋值。n 逻辑变量。全局逻辑变量使用伪操作GBLL定义，局部逻辑变量使用伪操作LCLL定义。逻辑变量使用SETL赋值。n 字符串变量。长度不得越出512字节，最小长度为0，全局字符变量使用伪操作GBLS定义，局部字符变量使用伪操作LCLS定义，使用SETS赋值。12.4 程序中的常量n 常量，程序的运行过程中不能被改变的量。ARM汇编程序的常量：数值常量、逻辑常量、字符串常量。n 数值常量。32位整数，无符号数的取值范围为0到232

48、-1，有符号数的取值范围为-231到231-1。使用EQU定义数值常量n 十进制数：在表达式中可以直接表达，例如：1、2、233。n 十六进数：采用前缀0x，例如0x003；或者使用前缀&，例如&10F。n n进制数：n的范围为2到9，例如8_233表示一个八进制数。n ASCII的表示：熟记A、a、0、回车、换行、空格的ASCII。其用法与C语言一样。n 逻辑常量：TRUE, FALSE。注意带大括号。n 字符串常量：字符常量由单引号表示，包括C语言中的转义字符，如n。字符串常量用双引号表示，也包括转义字符，如”abcn”。12.5 汇编时变量代换n 如果在字符串变量前面有一

49、个代换操作符“$”，编译器会将该字符串变量的值代换“$”后的字符串变量。n 如果在数值变量前面有一个代换操作符“$”，编译器将该数值变量的值转换为十六进制的字符串，并将该十六进制的字符串代换“$”后的数值变量。a1 SETA 12str1 SETS “The number is $a1”则汇编后str1的值为“The number is 0000000C”n 如果在逻辑变量前面有一个代换操作符“$”，编译器会将该逻辑变量代换为它的取值（真或假）。十三、ARM汇编语言程序中的表达式和运算符n 表达式一般由变量、常量、运算符和括号构成。n 常用的表达式有数值表达式、逻辑表达式和字符串表达式。13.

50、1 数值表达式及运算符。13.1.1 数值表达式一般由数值常量、数值变量、数值运算符和括号构成。13.1.2 算术运算符13.1.3 移位运算13.1.4 位逻辑运算符13.1.5 数值表达式综合实例13.2 逻辑表达式及运算符13.2.1 逻辑表达式一般由逻辑量、逻辑操作符、关系操作符和括号构成。13.2.2 运算结果为真TRUE或假FALSE。13.2.3 关系运算符13.2.4 逻辑运算符13.3 字符串表达式及运算符13.3.1 字符串表达式一般由字符串常量、字符串变量、运算符和括号构成。13.3.2 LEN运算符。返回字符串的长度（字符数），以X表示字符串表达式，格式如下：LEN：X

51、其中，X为一个数字表达式或逻辑表达式。13.3.3 CHR运算符。将0255之间的整数转换为一个字符，以M表示某一个整数，其语法格式如下：CHR：M13.3.4 STR运算符。将一个数字表达式或逻辑表达式转换为一个字符串。对于数字表达式，STR运算符将其转换为一个以十六进制组成的字符串；对于逻辑表达式，STR运算符将其转换为字符串T或F，格式如下：STR：X其中，X为一个数字表达式或逻辑表达式。13.3.5 LEFT运算符。LEFT运算符返回某个字符串左端的一个子串，其语法格式如下：X：LEFT：Y其中：X为源字符串，Y为一个整数，表示要返回的字符个数。13.3.6 RIGHT运算符。与LEF

52、T运算符相对应，RIGHT运算符返回某个字符串右端的一个子串，其语法格式如下：X：RIGHT：Y其中：X为源字符串，Y为一个整数，表示要返回的字符个数。13.3.7 CC运算符。CC运算符用于将两个字符串连接成一个字符串，其语法格式如下：X：CC：Y其中：X为源字符串1，Y为源字符串2，CC运算符将Y连接到X的后面。13.4 与寄存器和程序计数器（PC）相关的表达式及运算符13.4.1 BASE运算符。返回基于寄存器的表达式中寄存器的编号，其语法格式如下：BASE：X其中，X为与寄存器相关的表达式。13.4.2 INDEX运算符。INDEX运算符返回基于寄存器的表达式中相对于其基址寄存器的偏移

53、量，其语法格式如下：INDEX：X其中，X为与寄存器相关的表达式。13.5 其他常用运算符n ？运算符。返回某代码行所生成的可执行代码的长度，例如：?X返回定义符号X的代码行所生成的可执行代码的字节数。n DEF运算符。DEF运算符判断是否定义某个符号，例如：DEF：X如果符号X已经定义，则结果为真，否则为假13.6 表达式中各元素运算次序的优先级n 括号运算符的优先级最高。n 相邻的单目运算符的运算顺序为从右到左，单目运算符的优先级高于其他运算符。n 优先级相同的双目运算符的运算顺序为从左到右。十四、ARM汇编语言程序中所支持的伪操作14.1 在ARM汇编语言程序里，有一些特殊指令助记符，这

54、些助记符与指令系统的助记符不同，没有相对应的操作码，通常称之为伪操作标识符（directive），它们所完成的操作称为伪操作。14.2 伪操作在源程序中的作用是为完成汇编程序作各种准备工作的，这些伪操作仅在汇编过程中起作用，一旦汇编结束，伪操作的使命就完成。主要有：n 符号定义伪操作n 数据定义伪操作n 汇编控制伪操作n 宏指令14.3 符号定义（Symbol Definition）伪操作n 用于定义ARM汇编程序中的变量、对变量赋值以及定义寄存器的别名等操作。n 常见的符号定义伪操作有如下几种：² 用于定义全局变量的GBLA、GBLL和GBLS。² 用于定义局部变量的LCLA、LCLL和LCLS。² 用于对变量赋值的SETA、SETL、SETS。² 为通用寄存器列表定义名称的RLIST。² 为协处理器寄存器定义别名的CN。² 为协处理器定义别名的CP。² 为VFP寄存器定义名称的DN和SN。² 为FPA浮点指针寄存器定义名称的FPA。14.3.1 全局变量定义伪操作GBLA、GBLL和GBLSGBLA Test1;定义一个全局的数字变量，变量名为Test1Test1 SETA 0xaa;将该变量赋值为0xaaGBLL Test2;定义一个全局的