arm_basics

Основы ассемблера ARM

Написание и компиляция программ

Программы на языка ассемблера для компилятора GNU сохраняются в файле, имя которого оканчивается на .s или .S. Во втором случае (с заглавной буквой) подразумевается, что текст программы может быть обработан препроцессором.

Для компиляции используется одна из команд: arm-linux-gnueabi-as или arm-linux-gnueabi-gcc. В первом случае текст только компилируется в объектный файл, во втором - в выполняемую программу, скомпонованную со стандартной библиотекой Си, из которой можно использовать функции ввода-вывода.

Процессоры ARM поддерживают два набора команд: основной 32-битный arm, и уплотнённый 16-битный thumb, между которыми процессор умеет переключаться. В рамках данного семинара мы будем использовать 32-битный набор инструкций, поэтму тексты нужно компилировать с опцией -marm.

Общий синтакис

// Это комментарий, как в C++

    .text      // начало секции .text с кодом программы
    .global f  // указание о том, что метка f
               // является доступной извне (аналог extern)

f:             // метка (заканчивается двоеточием)

     // последовательность команд
     mul   r0, r0, r3
     mul   r0, r0, r3
     mul   r1, r1, r3
     add   r0, r0, r1
     add   r0, r0, r2  
     mov   r1, r0
     bx    lr

Регистры

Процессор может выполнять операции только над регистрами - 32-биьными ячейками памяти в ядре процессора. У ARM есть 16 регистров, доступных программно: r0, r1, ... ,r15.

У регистров r13...r15 имеются специальные назначения и дополнительные имена:

• r15 = pc: Program Counter - указатель на текущую выполняемую инструкцию
• r14 = lr: Link Register - хранит адрес возврата из функции
• r13 = sp: Stack Pointer - указатель на вершину стека.

Флаги

Выполнение команд может приводить к появлению некоторой дополнительной информации, которая хранится в регистре флагов. Флаги относятся к последней выполненной команде. Основные флаги, это:

• C: Carry - возникло беззнаковое переполнение
• V: oVerflow - возникло знаковое переполнение
• N: Negative - отрицательный результат
• Z: Zero - обнуление результата.

Команды

Полный перечень 32-битных команд см. в этом reference, начиная со 151 страницы.

Архитектура ARM-32 подразумевает, что почти команды могут иметь условное выполнение. Условие кодируется 4-мя битами в самой команде, а с точки зрения синтаксиса ассемблера у команд могут быть суффиксы.

Таким образом, каждая команда состоит из двух частей (без разделения пробелами): сама команда и её суффикс.

Базовые арифметические операции

• AND regd, rega, argb // regd ← rega & argb
• EOR regd, rega, argb // regd ← rega ^ argb
• SUB regd, rega, argb // regd ← rega − argb
• RSB regd, rega, argb // regd ← argb - rega
• ADD regd, rega, argb // regd ← rega + argb
• ADC regd, rega, argb // regd ← rega + argb + carry
• SBC regd, rega, argb // regd ← rega − argb − !carry
• RSC regd, rega, argb // regd ← argb − rega − !carry
• TST rega, argb // set flags for rega & argb
• TEQ rega, argb // set flags for rega ^ argb
• CMP rega, argb // set flags for rega − argb
• CMN rega, argb // set flags for rega + argb
• ORR regd, rega, argb // regd ← rega | argb
• MOV regd, arg // regd ← arg
• BIC regd, rega, argb // regd ← rega & ~argb
• MVN regd, arg // regd ← ~argb

Суффиксы-условия

EQ        equal  (Z)
NE        not equal  (!Z)
CS or HS  carry set / unsigned higher or same  (C)
CC or LO  carry clear / unsigned lower  (!C)
MI        minus / negative  (N)
PL        plus / positive or zero  (!N)
VS        overflow set  (V)
VC        overflow clear  (!V)
HI        unsigned higher  (C && !Z)
LS        unsigned lower or same  (!C || Z)
GE        signed greater than or equal  (N == V)
LT        signed less than  (N != V)
GT        signed greater than  (!Z && (N == V))
LE        signed less than or equal  (Z || (N != V))

Переходы

Счетчик pc автоматически увеличивается на 4 при выполнении очередной инструкции. Для ветвления программ изпользуются команды:

• B label - переход на метку; используется внутри функций для ветвлений, связанных с циклами или условиями
• BL label - сохранение текущего pc в lr и переход на label; обычно используется для вызова функций
• BX register - переход к адресу, указанному в регистре; обычно используется для выхода из функций.

Работа с памятью

Процессор может выполнять операции только над регистрами. Для взаимодействия с памятью используются отдельные инструкции загрузки/сохранения регистров.

• LDR regd, [regaddr] - загружает машинное слово из памяти по адресу, хранящимся в regaddr, и сохраняет его в регистре regd
• STR reds, [regaddr] - сохраняет в памяти машинное слово из регистра regs по адресу, указанному в регистре regaddr.