寄存器
共有37个寄存器，其中31个为通用寄存器，6个为状态寄存器。支持的运行模式有：
- 用户模式（usr）：正常的程序执行状态，也是我们需要关心的模式
- 快速中断模式（fiq）：用于高速数据传输或通道处理
- 外部中断模式（irq）：用于通用的中断处理
- 管理模式（svc）：操作系统使用的模式
- 数据访问终止模式（abt）：当数据或指令预取终止时进入该模式，可用于虚拟存储及存储保护
- 系统模式（sys）：运营具有特权的操作系统任务
- 未定义指令中止模式（und）：当未定义的指令执行时进入该模式
在32位的用户模式下，处理器可以访问的寄存器为不分组寄存器R0-R7，分组寄存器R8-R14，程序计数器PC（R15）及当前程序状态寄存器CPSR
- 未分组寄存器：指的是没有被系统用于特别的用途，这组寄存器不会因为处理器模式的改变而更改指向的寄存器，在所有的处理器模式下未分组寄存器都指向同一个物理寄存器，所以当中断或者异常处理造成寄存器模式转换的时候，由于使用的相同的物理寄存器，就会容易造成数据损坏
- 分组寄存器：每一次访问的物理寄存器和处理器当前的运行模式有关，因此不同模式下的寄存器是不同的
R13（SP）：常用做堆栈指针，一般可以用于异常处理，保证程序的正常执行，比如：程序进入异常模式的时候，可以将需要保护的寄存器放入R13所指向的堆栈，当程序从异常模式返回的时，则从对应的堆栈恢复
R14（LR）：常被用做链接寄存器，用于存在调用子程序时返回的地址，如果返回的地址放在堆栈上，则也可以将R14用做通用寄存器，在异常模式下，R14存放异常的返回地址
- R15（程序计数器PC）：指向当前执行的指令的第二条指令，整个CPU中只有一个
- R16（当前程序状态寄存器CPSR）：可以在任何模式下被访问，主要存放的内容：APSR标记（应用程序状态寄存器）、当前处理器模式、中断禁用标记
调试代码
书中讲了一套完整的ARM原生程序的生成过程，笔者以NDK开发的方式，做了简化，将目光聚焦在ARM的学习上，参考文档：developer.android.google.cn/ndk/guides/…
使用的调试工具是：IDA Pro
- Android.mk代码
LOCAL_PATH := $(call my-dir)
include $(CLEAR_VARS)
LOCAL_ARM_MODE := arm
LOCAL_MODULE := demo
LOCAL_SRC_FILES := demo.c
include $(BUILD_EXECUTABLE)
- Application.mk代码
APP_ABI := armeabi-v7a
APP_BUILD_SCRIPT := Android.mk
APP_PLATFORM := android-17
APP_OPTAPP_OPTIM := debug
- demo.c 代码
#include <stdio.h>
int main()
{
printf("start....");
getchar();
return 0;
}
- 编译
ndk-build NDK_PROJECT_PATH=. NDK_APPLICATION_MK=Application.mk
寻址方式
- 立即寻址：指令的后面是一个立即数（即常数），一般用于给寄存器赋初始值，比如：MOV R0, #1234
- 寄存器寻址：操作数的值在寄存器中，指令执行时，直接从寄存器中取值，如：MOV R0, R1，将R1的值修改为4，赋值给R0，发现R0的值也变成了4
- 寄存器移位寻址：在操作前，需要对源寄存器操作数进行移位操作，以下是5种移位操作
LSL：逻辑左移，移位后对寄存器空出的低位补0
LSR：逻辑右移，移位后对寄存器空出的高位补0
ASR：算术右移，移位过程中符号位保持不变，如果源操作数为正数，则移位后对空出的高位补0，否则补1
ROR：循环右移，移位后在移出的低位中填写移位空出的高位
RRX：带扩展的循环的右移，操作数右移1位，移位空出的高位用带有C标识的值填充
- 寄存器间接寻址：由地址码给出的寄存器是操作数的地址指针，所需的操作数保存在由寄存器指定的地址的存储单元中，如：
LDR R0, [R1]：将R1寄存器的值作为地址，取出此地址的值赋予R0寄存器
- 基址寻址：将地址码给出的基址寄存器与偏移量相加，形成操作数的有效地址，所需的操作数保存在有效地址指向的存储单元中，多用于查表、数组访问等操作
LDR R0, [R1, #-4]：将R1寄存器的值减4作为地址，取出此地址中的值赋予R0寄存器，比如将R1的值修改为地址：0x4009ED60，#-4之后，PC的指向是：0x4009ED5C
- 多寄存器寻址：一条指令最多可以完成16个通用寄存器值的传送
LDMIA R0, {R1, R2, R3, R4}：LDM是数据加载指令，IA表示每次执行加载操作后，R0寄存器自增1个字，在ARM指令集中，1个字表示1个32位的值，因此这条指令执行后，R1=[R0]，R2=[R0+#4]，R3=[R0+#8]，R4=[R0+#12]
- 堆栈寻址：指令有LDMFA/STMFA，LDMEA/STMEA，LDMFD/STMFD，LDMED/STMED，LDM和STM为指令前缀，表示多寄存器寻址
STMFD SP!, {R1-R7, LR} 将R1-R7, LR寄存器入栈，多用于保存子程序
LDMFD SP!, {R1-R7, LR} 将数据出栈，放入R1-R7, LR寄存器，多用于恢复子程序
- 块拷贝寻址：用于将连续地址的数据从寄存器的某一个位置复制到另一个位置，指令有LDMIA/STMIA，LDMDA/STMDA，LDMIB/STMIB，LDMDB/STMDB
LDMIA R0!, {R1-R3} 从R0寄存器指向的存储单元中读取3个字，分别放入R1-R3寄存器中
STMIA R0!, {R1-R3} 将R1-R3寄存器的内容存储到R0寄存器指向的存储单元中
- 相对寻址：以PC当前的值为基地址，以指令中的地址标号为偏移量，将两者相加，得到操作数的有效地址
BL NEXT 表示跳到NEXT标号处执行，BL采用的就是相对寻址，标号NEXT就是偏移量
常见指令
条件指令
MOV 指令
移动数据到寄存器中，第二个数可以是立即数、寄存器
MOVS总会影响CPRS，包括N，Z，C标志位
基本运算指令
- ADD/ADC：加法指令系
ADD不影响CPSR条件标记位
ADC在做运算的时候，需要加上CPSR的C位，相当于：R0 = R0 + R1 +cpsr.c
ADDS带进位的加法运算
通过movw和movt来复现，movw和movt主要是用来往寄存器中加载一个32位的值
当前CPSR的C位为0, R0=1, R1=2, ADD之后，R0=3
当前CPSR的C位为0, R0=3, R1=2, ADC之后，R0=5
通过ADDS来影响进位，将R0=#xffff，发现c位变为了1
当前CPSR的C位为1, R0=1, R1=2, ADD之后，R0=3
当前CPSR的C位为1, R0=3, R1=2, ADC之后，R0=6
参考：
