ARM体系架构知识
一、ARM处理器简介及RISC特点
1、ARM处理器简介：
ARM（Advanced RISC Machines）是一个32位RISC（精简指令集）处理器架构，ARM处理器则是ARM架构下
的微处理器。ARM处理器广泛的使用在许多嵌入式系统。ARM处理器的特点有指令长度固定，执行效率高，低成本等。
２、RISC设计主要特点：
（１）指令集——RISC减少了指令集的种类，通常一个周期一条指令，采用固定长度的指令格式，编译器或
程序员通过几条指令完成一个复杂的操作。而CISC指令集的指令长度通常不固定；
（２）流水线——RISC采用单周期指令，且指令长度固定，便于流水线操作执行；
（３）寄存器——RISC的处理器拥有更多的通用寄存器，寄存器操作较多。例如ARM处理器具有37个寄存器；
（４）Load/Store结构——使用加载/存储指令批量从内存中读写数据，提高数据的传输效率；
（５）寻址方式简化，指令长度固定，指令格式和寻址方式种类减少。
二、Arm的基本数据类型：
双字节（DoubleWoRd）：64位
字（WoRd）：在ARM体系结构中，字的长度为32位。
半字（Half-WoRd）：在ARM体系结构中，半字的长度为16位。
字节（Byte）：在ARM体系结构中，字节的长度为8位。
三、ARM处理器存储格式：
ARM体系结构将存储器看作是从0地址开始的字节的线性组合。作为32位的微处理器，ARM体系结构所支持的最大寻址空间为4GB。ARM体系结构可以用两种方法存储字数据，分别为大端模式和小端模式。
大端模式（高地高低）：字的高字节存储在低地址字节单元中，字的低字节存储在高地址字节单元中。
小端模式（高高低低）：字的高字节存储在高地址字节单元中，字的低字节存储在低地址字节单元中。
四、内核的工作模式：
1、用户模式（user）：正常程序执行模式；
2、快速中断模式（FIQ）：高优先级的中断产生会进入该种模式，用于高速通道传输；
3、外部中断模式（IRQ）：低优先级中断产生会进入该模式，用于普通的中断处理；
4、特权模式（Supervisor）：复位和软中断指令会进入该模式；
5、数据访问中止模式（Abort）：当存储异常时会进入该模式；
6、未定义指令中止模式（Undefined）：执行未定义指令会进入该模式；
7、系统模式（System）：用于运行特权级操作系统任务；
8、监控模式（Monitor）：可以在安全模式和非安全模式之间切换；
五、ARM指令集：
１、数据操作指令：
（1）MOV 将数据从一个寄存器传送到另一个寄存器：
MOV AX，2000H；将16位数据2000H传送到AX寄存器
MOV AL，20H；将8位数据20H传送到AL寄存器
MOV AX，BX；将BX寄存器的16位数据传送到AX寄存器
MOV AL，[2000H]；将2000H单元的内容传送到AL寄存器
MOVW 把 16 位立即数放到寄存器的底16位，高16位清0
MOVT 把 16 位立即数放到寄存器的高16位，低 16位不影响
movw r8, #19028 ; 0x4a54
movt r8, #49456 ; 0xc130
r8 = 0xc1304a54
（2）AND将寄存器做“逻辑与”操作后保存结果到其他寄存器
AND R2，R1，R3 // R2 = R1 & R3
ANDS R0，R0，#0x01 // R0 = R0 & 0x01
（3）SUB
SUB R0，R1，R2 //R0 = R1 – R2
SUB R0，R1，#256 //R0 = R1 -256
（4）ADD
ADD R0，R1，R2 //R0 = R1 + R2
ADD R0，R1，#256 //R0 = R1 + 256
ADD R0，R2，LSL#1 //R0 = R2 + (R3 << 1)
（5）CMP比较指令
（6）BIC位清零指令
BIC R0，R0，#0x1011 //清除位 0/1/3
２、乘法指令：
MUL MLA
MUL R1，R2，R3 //R1 = R2 * R3
MOV R0，#0x0A
MLA R1，R2，R3，R0 // R1 = R2 * R3 + 10
３、Load/Store指令：
（１）LDR从存储器中将一个32位的字数据传送到目的寄存器中。
LDR R1，[R0，#0x12] //将R0 +12地址处的数据读出，保存到R0中；
LDR R1，[R0，R2] //将R0 + R1地址的数据读出，保存到R1中；
LDR Rd，[Rn]，#0x04 //Rn的值用作传输数据的基地址，在数据传送后，将偏移量0x04与Rn相加写回到Rd中
LDR R0，[R1，LSL #3] ；将存储器地址为R1*8的字数据读入寄存器R0。
LDR R0，[R1，R2，LSL #2] ；将存储器地址为R1+R2*4的字数据读入寄存器R0。
LDR R0，[R1,,R2，LSL #2]！ ；将存储器地址为R1+R2*4的字数据读入寄存器R0，并将R1+R2*4的值存入R1。
（２）STR 用于将一个32bit的数据写入到指定的内存单元
STR R0，[R1]，＃8 //将R0中的字数据写入以R1为地址的存储器中，并将新地址R1＋8写入R1。
STR R0，[R1，＃8] //将R0中的字数据写入以R1＋8为地址的存储器中
STR R1, [R0] //将r1寄存器的值，传送到地址值为r0的（存储器）内存中
４、跳转指令：
B 跳转指令
BL 带返回的连接跳转
BX 跳转并切换状态
BLX 带返回的跳转并切换状态
５、状态操作指令：
ARM指令提供了两条如下指令，可直接控制程序状态寄存器(只有在特权模式下才能修改状态寄存器)：
（１）MRS： 把程序状态寄存器的值送到一个通用寄存器中
MRS R1, CPSR //将CPSR状态寄存器读出，保存到R1中
MRS R2, SPSR
（２）MSR：把寄存器的内容传送到程序状态寄存器
MSR CPSR_c，#0xD3 //CPSR[7:0] = 0xD3切换到管理模式
MSR CPSR_c，R3 //CPSR = R3
６、异常产生指令：
SWI：软中断指令，产生软中断，处理器进入管理模式；
SWI 0 //产生软中断，中断立即数为0
SWI 0x123456 //产生软中断，中断立即数为0x123456
BKPT：断点中断指令，处理器产生软件中断；
产生一个预取异常，用来设置软件断点；
六、ARM指令的寻址方式：
１、立即数寻址：
MOV R0，#0 //送0到R0中
ADD R3，R3，#1 //R3的值加1
CMP R7，#1000 //R7的值和1000比较
BIC R9，R8，#0xff00 //将R8中8~15位清0，结果保存在R9中
２、寄存器寻址：
寄存器的值可以被直接用于数据操作指令
MOV R2，R0 //R0的值送R2
ADD R4，R3，R2 //R4 = R2 + R3
CMP R7，R8 //比较R7和R8的值
３、寄存器移位寻址：
预处理和移位发生在同一周期内，有效使用移位寄存器，可以提供代码执行效率；
ADD R2，R0，R1，LSR #5
MOV R1，R0，LSL #2
RSB R9，R5，R5，LSL #1
SUB R1，R2，R0，LSR #4
４、寄存器间接寻址：
LDR R1，[R2] //将R2的数值作为地址，取出地址中的数据保存到R1中
STR R1，[R2] //将R2数值作为地址，取出R1中的值存入R2所指向的地址
５、基址变址寻址：
基址变址是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；
基址变址寻址常用于查表、数组操作、访问基址附近的存储单元等。
LDR R1，[ R0，#0xf ] //将R0的数值加0x0f作为地址，取出此地址的数值保存到R1
STR R1，[R0，#-2] //将R0的数值减2作为地址，将R1中的内容保存到此地址中
STR R1，[R0，+R2] //将R0的值加上R2的值作为地址，把R1的内容保存到该地址
６、多寄存器寻址/块拷贝寻址：
批量Load、Store指令将一片连续的内存单元数据加载到通用寄存器组中，或将一组通用寄存器的数据存储
到内存单元中：
IA ：后递增方式
IB ：先递增方式
DA：后递减方式
DB：先递减方式
块拷贝寻址指令：
STMIA
STMIB
７、相对寻址：
BL FUN1 //调用到FUN1的子程序
B LOOP //条件跳转到LOOP标号处
STMDA
STMDB
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