【ARMday02】
ARM的7种工作模式：
- User：非特权模式（用户模式），大部分任务执行在这种模式
- FIQ：（快速中断模式）当一个高优先级(fast)中断产生时将会进入这种模式
- IRQ：（普通中断模式）当一个低优先级(normal)中断产生时将会进入这种模
- Supervisor：当复位或软中断指令执行时将会进入这种模式
- Abort：（终止模式）当存取异常时将会进入这种模式
- Undef：（未定义模式）当执行未定义指令时会进入这种模式
- System：使用和User模式相同寄存器集的特权模式
切换情况：
硬件触发：中断、异常（比如 IRQ/FIQ/Abort/Undefined）会自动切换模式；
软件触发：执行
SWI指令进入 SVC；手动切换：通过修改 CPSR 模式位。
启动代码的主要任务：
- 初始化异常向量表；
- 初始化各工作模式的栈指针寄存器；
- 开启arm内核中断允许；
- 将工作模式设置为user模式；
- 完成上述工作后，引导程序进入c语言主函数执行；
格式：
- area: 这是最重要的一个伪操作，用于定义一个段。程序、数据、堆栈等都需要被组织在不同的段中。
- reset: 这是你为这个段起的名字。名字 reset 具有很强的暗示性，通常用于表示复位向量段，即CPU上电或复位后首先执行的第一段代码所在的位置。
- code: 指定该段的属性为代码，意味着这个段包含可执行的指令。
- readonly: 指定该段的属性为只读。对于代码段来说，这通常是默认且必须的。
- code32: 表示后续指令使用 32位的 ARM 指令集。
- thumb: 表示后续指令使用 16位的 Thumb 指令集。
指令：
mov
MOV{S}<c> <Rd>, #<const>
MOV{S}<c> <Rd>, <Rm>
MOV instruction Canonical form
- MOV{S} <Rd>, <Rm>, ASR #<n> ASR{S} <Rd>, <Rm>, #<n>
- ASR算数右移n位
- MOV{S} <Rd>, <Rm>, LSL #<n> LSL{S} <Rd>, <Rm>, #<n>
- LSL逻辑左移n位
- MOV{S} <Rd>, <Rm>, LSR #<n> LSR{S} <Rd>, <Rm>, #<n>
- LSR逻辑右移n位
- MOV{S} <Rd>, <Rm>, ROR #<n> ROR{S} <Rd>, <Rm>, #<n>
- ROR循环右移n位
移位量来自寄存器Rs
- MOV{S} <Rd>, <Rm>, ASR <Rs> ASR{S} <Rd>, <Rm>, <Rs>
- MOV{S} <Rd>, <Rm>, LSL <Rs> LSL{S} <Rd>, <Rm>, <Rs>
- MOV{S} <Rd>, <Rm>, LSR <Rs> LSR{S} <Rd>, <Rm>, <Rs>
- MOV{S} <Rd>, <Rm>, ROR <Rs> ROR{S} <Rd>, <Rm>, <Rs>
- MOV{S} <Rd>, <Rm>, RRX RRX{S} <Rd>, <Rm>
基本概念：
<Rd>：目的寄存器（左值，类似 C 里赋值号左边）<Rm>/<Rs>：源寄存器（右值，来自谁）#<const>/#<n>：立即数（写死在指令里的常数）{S}：可选的 S 后缀，写成MOVS。带 S 会更新标志位（APSR 里的 N/Z/C/V）。不带 S 不改标志位。<c>：可选 条件码（如EQ/NE/GT/...），满足条件才执行- 移位量#<n>/<Rs> 取值范围 （0 - 31）
lsl：逻辑左移：低位补0，高位丢弃（相当于乘以2）
lsr：逻辑右移：高位补0，低位丢弃（相当于除以2）
ror：循环右移，移出的位从左边绕回
asr：算数右移：往右补符号位，常用于有符号数除以2
ADD（加法指令）
ADD{S}<c> <Rd>, <Rn>, <operand2>
<Rd>：目的寄存器（结果放哪）。<Rn>：第一个操作数（通常是寄存器）。<operand2>：第二操作数（可以是立即数或寄存器，寄存器可带移位）。立即数作为第二操作数：
ADD{S}<c> <Rd>, <Rn>, #<const>
寄存器作为第二操作数寄存器：
ADD{S}<c> <Rd>, <Rn>, <Rm>{, <shift>}
寄存器作为第二操作数移位量：
ADD{S}<c> <Rd>, <Rn>, <Rm>, <type> <Rs>
{S}：可选，写成ADDS则更新条件标志位（N/Z/C/V）。<c>：可选条件码（如EQ/NE/...），指令只有在满足条件时才执行。
ADDS 会更新 APSR 的 N/Z/C/V：
N（Negative）：结果的最高位（bit31）。
Z（Zero）：结果是否为 0（是则 Z=1）。
C（Carry）：无符号加法时的进位（即 32-bit 加法是否有向 33 位进位产生）。
V（Overflow）：有符号加法时溢出（例如正数+正数变成负数，或负数+负数变成正数）。
sub(减法指令)
- 立即数作为第二操作数：
- SUB{S}<c> <Rd>, <Rn>, #<const>
- 寄存器作为第二操作数寄存器：
- SUB{S}<c> <Rd>, <Rn>, <Rm>{, <shift>}
- 寄存器作为第二操作数移位量：
- SUB{S}<c> <Rd>, <Rn>, <Rm>, <type> <Rs>
SUBS，会更新 APSR 四个标志：
N（Negative）＝ 结果的最高位（bit31）。
Z（Zero）＝ 结果是否为 0（是则 Z=1）。
C（Carry）＝ 对减法来说，C = 1 当且仅当 没有借位（也就是
Rn ≥ operand2按无符号比较）；如果产生借位，则 C = 0。举例：
0x00000005 - 0x00000003→ 没有借位 →C=1。0x00000003 - 0x00000005→ 需要借位 →C=0。
V（Overflow）＝ 有符号减法溢出标志（例如正数减负数等导致符号变化的不合理情况）。
什么是立即数？如何判断某数是否合法为 12 位立即数？
在 ARM 数据处理指令中，第二操作数可以是寄存器，也可以是 立即数。立即数就是直接写在指令里的常量。
12位立即数imm12：把某个数转为2进制，该数必须存在一种循环右移（偶数位），使得移位后高24位全0，低8位即为有效imm8；任何能表示成“一个 8-bit 值向右循环旋转偶数位”的 32-bit 数都能编码成这个 imm12。
0xFF→ 可表示（imm8=0xFF, rotate=0）0x80000000→ 可表示（imm8=0x80, rotate=8）0xFFFFFFFF→ 不能表示（需要MVN r0, #0或 LDR 伪指令）。
LDR（加载指令）
LDR<c> <Rt>, <label>，用来把内存内容装到寄存器
SDR（存放指令）
将寄存器内容写到内存，与LDR对称
MVN（按位取反移动指令）
- MVN{S}<c> <Rd>, #<const>
- MVN{S}<c> <Rd>, <Rm>{, <shift>}
- MVN{S}<c> <Rd>, <Rm>, <type> <Rs>
bic(bit clear):指定位置清0
- BIC{S}<c> <Rd>, <Rn>, #<const>
- BIC{S}<c> <Rd>, <Rn>, <Rm>{, <shift>}
- BIC{S}<c> <Rd>, <Rn>, <Rm>, <type> <Rs>
orr(or):指定位置1
- ORR{S}<c> <Rd>, <Rn>, #<const>
- ORR{S}<c> <Rd>, <Rn>, <Rm>{, <shift>}
- ORR{S}<c> <Rd>, <Rn>, <Rm>, <type> <Rs>
条件判断标志NZCV
CPSR寄存器中条件判断标志位
N: 符号标志位:上条指令执行结果最高位bit31为1,则 N = 1, 当结果作为有符号解释时为负值；
Z: 零值标志位:上条指令执行结果为0（即bit0 - bit31 均为0)，则 Z = 1；
C: 进位标志位：进行无符号解读，如果在加法过程中进位或者减法时没有借位，则为 C = 1,否则 C = 0
V: 溢出标志位：进行有符号解读，是否发生溢出 -2^31 - 2^31-1(两个正数加得负数，两个负数加得正数)
条件码：eq ge gt le lt al(无条件执行)
equal:等于
not equal：不等于
cmp(compare):比较指令
CMP<c> <Rn>, #<const>
CMP<c> <Rn>, <Rm>{, <shift>}
CMP<c> <Rn>, <Rm>, <type> <Rs>
b bl bx :（跳转指令）
B<c> <label>
b fun <==> ldr pc, =fun
B <label>：无条件跳转到 label，相当于 pc = label，不保存返回地址。
BL<c> <label>
bl fun
BL <label>：调用时把返回地址写入链接寄存器 LR（R14），然后跳到目标。常用于函数调用
BX<c> <Rm>
bx lr <==> mov pc, lr
BX <Rm>：BX Rm 从寄存器 Rm 读取目标地址并跳转，跳转到寄存器 Rm 的值，可以用于从函数返回（bx lr），也可以实现 ARM/Thumb 状态切换。
常见用法：
b fun→ 死循环跳转，不返回；bl fun→ 调用函数，返回地址存在lr；bx lr→ 从函数返回。
ARM内核采用的栈是哪种栈?
使用的是满减栈，即栈向低地址方向增长，SP指向当前栈顶位置，每次压栈（push）会使SP减小，出栈（pop）会使SP增大。
“满”：SP始终指向当前已经使用的栈顶元素，而不是下一个空闲位置
“递减”栈向低地址方向增长（高地址➡低地址）
在 ARM 的过程调用标准（AAPCS）中，还有一个约定：进入函数接口时，SP 必须保持 8 字节对齐，保证数据访问高效。
ARM 汇编调用 C 函数，或者 C 调用汇编函数时，参数和返回值如何处理？
ARM 遵循 AAPCS（ARM Procedure Call Standard） 约定：
参数传递规则：
前四个参数依次放在
r0、r1、r2、r3。如果参数超过四个，多余的参数会从 右到左 依次压入栈中，由调用者负责分配。
栈在函数入口时必须保持 8 字节对齐。
返回值规则：
如果返回值是 32 位整型或指针，放在
r0。如果是 64 位整型或 double，放在
r0:r1。如果返回值是一个较大的结构体，通常由调用者传入一个隐藏指针，返回值写到该内存地址中。
寄存器保存约定：
调用者需要保存 易变寄存器（caller-saved）：
r0–r3, r12, lr。被调用者需要保存 非易变寄存器（callee-saved）：
r4–r11。
举个例子：
如果 C 调用一个汇编函数 int add3(int a, int b, int c)：
编译器会把
a, b, c放到r0, r1, r2。汇编里直接用
r0, r1, r2做加法，结果放回r0。最后
bx lr返回。
反过来，如果汇编里要调用一个 C 函数：
把参数准备好放在
r0–r3或栈中。bl func调用，返回值自动在r0。
1、什么是RISC、CISC；
RISC 和 CISC 是两种指令集设计理念：
RISC（精简指令集计算机）：指令集简单，每条指令执行时间短，寻求“硬件简单 + 软件优化”，代表是 ARM、MIPS。
CISC（复杂指令集计算机）：指令集复杂，指令功能丰富，单条指令可以完成复杂操作，代表是 x86。
ARM 作为 RISC 架构，特点是指令长度固定（大多数是 32 位，Thumb 是 16 位），流水线容易优化，功耗低。
2、冯.诺伊曼架构和哈佛架构有何区别？ARM内核属于哪一种？
冯·诺伊曼架构：指令和数据共享一条总线，存储空间统一。优点是硬件简单，缺点是容易产生“瓶颈”。
哈佛架构：指令和数据分开存储、分开总线，可以同时取指和访存，效率更高。
ARM 内核一般采用 改进型哈佛架构：内部取指和数据访问分离（提高并行度），但在外部存储器接口上可以统一成一个总线，兼顾效率和灵活性。
3、ARM内核中都有什么？
ARM 内核主要包括：
通用寄存器：R0–R12；
堆栈指针 SP（R13）、链接寄存器 LR（R14）、程序计数器 PC（R15）；
CPSR（当前程序状态寄存器），保存标志位和工作模式；
SPSR（保存程序状态寄存器），用于异常返回时恢复现场；
流水线（典型 3 级：取指、译码、执行）；
异常向量表 和 模式切换机制。
可以简单概括为：寄存器文件 + 状态寄存器 + 流水线 + 异常机制。
4、ARM有几种工作模式？
ARM 有 7 种主要工作模式：
User（用户模式）：普通应用程序运行；
FIQ（快速中断模式）；
IRQ（普通中断模式）；
Supervisor（管理模式，操作系统用）；
Abort（异常模式，存储器访问错误）；
Undefined（未定义指令模式）；
System（系统模式，特权模式，运行内核任务）。
其中 User 模式权限最低，其余为特权模式。
5、什么是异常向量表？
异常向量表是 ARM 处理器在发生异常或中断时，跳转执行的入口地址表。
它一般存放在地址
0x00000000或0xFFFF0000。每种异常都有固定入口，比如：
Reset：0x00
Undefined：0x04
SWI：0x08
Prefetch Abort：0x0C
Data Abort：0x10
IRQ：0x18
FIQ：0x1C
这样 CPU 在异常发生时，就能根据异常类型跳转到对应入口地址去执行服务例程。