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【ARM-day03】

news 2025/9/10 12:02:12

压栈：

stmfd sp!, {r0-r12, lr} ; 最常见的写法，保存寄存器并更新SP

其核心动作是：按寄存器编号升序存储数据到内存（地址递增），然后递减栈指针 SP

STMFD 最典型的用途是在一个函数的开头，用于保存调用者（父函数）可能还在使用的寄存器（称为“现场保护”或“保存上下文”），以便当前函数（子函数）可以自由使用这些寄存器，并在返回前恢复它们。
sp!：指定基址寄存器是栈指针 SP，并且 ! 表示在存储操作完成后要回写更新后的基址寄存器值（即执行 SP = SP - 4 * N）。
{r0-r3, r12, lr}：指定要存储的寄存器列表。寄存器之间用逗号分隔，连续的寄存器可以用 - 表示范围。lr (Link Register) 通常保存着函数的返回地址，保存它是为了在函数内部可能调用其他函数（会覆盖 lr）后，能正确返回到父函数。

LDMFD 是与 STMFD 配对的数据块加载指令，主要用于函数结束时从栈上恢复之前保存的寄存器状态（即“出栈”操作）。

LDMFD 指令的含义是：从内存中加载多个寄存器的值，操作方式符合“满递减栈”的规则。

ldmfd sp!, {r0-r12, pc} ; 最常见的写法，恢复寄存器、更新SP并返回

加载顺序： 寄存器按照列表中的编号从小到大依次加载。内存地址从低到高（栈顶向栈底方向）读取数据。
栈指针更新： ! 符号（或在 POP 中隐含）确保了 SP 在加载操作后递增（SP = SP + 4 * N），将恢复的数据从栈中移除（弹出）。
函数返回： 通过将保存的返回地址（最初在 lr 中）直接加载到 pc 来实现函数返回。
与 STMFD 对称： LDMFD 是 STMFD 的逆操作。STMFD 先存储（地址递增）后递减 SP；LDMFD 先加载（地址递增）后递增 SP。

STR R1, [R2, #8] ; 将 R1 的值存储到地址为 (R2 + 8) 的内存中。
; R2 本身的值不变。

STR R1, [R2, R3] ; 将 R1 的值存储到地址为 (R2 + R3) 的内存中。
; R2 和 R3 本身的值不变。

STR R1, [R2, #4]! ; 先将 R2 的值更新为 R2 + 4，
; 然后将 R1 的值存储到新的 R2 指向的内存地址。
; R2 的值被修改了（加了 4）。

STR R1, [R2], #4 ; 先将 R1 的值存储到 R2 当前指向的内存地址，
; 然后将 R2 的值更新为 R2 + 4。
; R2 的值被修改了（加了 4）。

功能： 将系统寄存器的当前值读取到一个通用寄存器中。

MRS <Rd>, <system_register>

<Rd>：目标通用寄存器（例如 R0, R1），用于接收从系统寄存器读取的值。
<system_register>：要读取的系统寄存器名称。最常见的两个是：
- CPSR (Current Program Status Register)：包含当前处理器的状态信息（条件标志位、中断使能位、处理器模式位等）。
- SPSR (Saved Program Status Register)：在发生异常（如中断）时，会自动将 CPSR 的值保存到当前模式对应的 SPSR 中。用于异常返回时恢复状态。

例如：

MRS R0, CPSR ; 将当前 CPSR 的值读取到通用寄存器 R0 中

功能： 将一个通用寄存器或立即数的值写入到系统寄存器（或其指定的字段）。

MSR <system_register>{_<fields>}, <Op>

用途：

修改条件标志： 直接设置或清除 N, Z, C, V 标志位（使用 MSR CPSR_f, ...）。
改变处理器模式： 切换到不同的特权模式（如从 User 切换到 SVC 模式调用系统调用）或返回用户模式（使用 MSR CPSR_c, ...）。
使能/禁用中断： 设置 CPSR 的 I (IRQ 中断) 和 F (FIQ 中断) 位（使用 MSR CPSR_c, ...）。
恢复状态： 在异常处理程序（如中断服务程序）结束时，将 SPSR 的值写回 CPSR 以恢复之前的处理器状态和标志（通常使用 MSR CPSR_cxsf, SPSR 或等效操作）。
上下文切换： 在操作系统加载新任务时，将其保存的 CPSR 值写回。

MRS 用于读取系统寄存器（主要是 CPSR/SPSR）的值到通用寄存器。MSR 用于写入通用寄存器或立即数的值到系统寄存器（或其指定字段）。

ARM 内核设计里有 7 种异常类型，对应不同的触发场景，每种异常都会让内核切换到特定的工作模式：

Reset（复位异常）
- 触发条件：芯片上电或复位信号有效。
- 切换模式：进入 Supervisor 模式（SVC）。
Undefined Instruction（未定义指令异常）
- 触发条件：CPU 取到无法识别或不支持的指令。
- 切换模式：进入 Undefined 模式（UND）。
Software Interrupt（软中断 SWI）
- 触发条件：程序执行 SWI 指令。
- 切换模式：进入 Supervisor 模式（SVC）。
Prefetch Abort（预取中止异常）
- 触发条件：取指阶段访问到无效指令地址或存储器异常。
- 切换模式：进入 Abort 模式（ABT）。
Data Abort（数据中止异常）
- 触发条件：执行访存指令时访问到非法或受保护的地址。
- 切换模式：进入 Abort 模式（ABT）。
IRQ（普通中断请求）
- 触发条件：外设产生的普通中断信号。
- 切换模式：进入 IRQ 模式。
FIQ（快速中断请求）
- 触发条件：外设产生的快速中断信号（优先级比 IRQ 高）。
- 切换模式：进入 FIQ 模式。