說(shuō)說(shuō)ARM匯編的LDR偽指令
加入技術(shù)交流群
由于我使用GNU工具鏈，所以以下的內(nèi)容都以GNU AS的ARM語(yǔ)法為準(zhǔn)。
LDR偽指令的語(yǔ)法形式如下：
LDR
這個(gè)常量表達(dá)式
范例demo.s：本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/201611/319128.htm
.equ STACK_BASE, 0x0c002000 .equ STACK_SIZE, 0x00001000 .text ldr sp, = STACK_BASE ldr sl, = STACK_BASE - STACK_SIZE ldr pc, = entry這是一個(gè)合法的匯編文件，它把堆?；吩O(shè)為0x0c002000，棧限設(shè)為0x0c001000，然后跳到entry所標(biāo)識(shí)的C程序中執(zhí)行。
下面我們假設(shè)符號(hào)“entry”的地址為0x0c000000。
我們?nèi)绻焉厦娲a寫成：
.text mov sp, #0x0c002000 mov sl, #0x0c001000 mov pc, #0x0c000000匯編器會(huì)報(bào)錯(cuò)：
demo.s: Assembler messages:
demo.s:2: Error: invalid constant -- `mov sp,#0x0c002000
demo.s:3: Error: invalid constant -- `mov sl,#0x0c001000
說(shuō)起這個(gè)錯(cuò)誤的原因可就話長(zhǎng)了，簡(jiǎn)而言之是因?yàn)镽ISC有一個(gè)重要的概念就是所有指令等長(zhǎng)。在ARM指令集中，所有指令長(zhǎng)度為4字節(jié)（Thumb指令是2字節(jié)）。那問(wèn)題就來(lái)了，4字節(jié)是不可能同時(shí)存的下指令控制碼和32位立即數(shù)的，那么我要把一個(gè)32位立即數(shù)（比如一個(gè)32位地址值）傳送給寄存器該怎么辦？
RISC CPU提供一個(gè)通用的方法就是把地址值作為數(shù)據(jù)而不是代碼，從存儲(chǔ)器中相應(yīng)的位置讀入到寄存器中，待會(huì)我們會(huì)看到這樣的例子。
此外ARM還提供另一種方案。由于傳送類指令的指令控制碼部分（cond, opcode, S, Rd, Rn域）占去了20個(gè)字節(jié)，那能提供給立即數(shù)的就只剩12個(gè)位了。
ARM并未使用這12個(gè)位來(lái)直接存一個(gè)12位立即數(shù)，而是使用了類似有效數(shù)字一樣的概念，只存8個(gè)字節(jié)的有效位和一個(gè)4位的位偏移量（偏移單位為2）。這個(gè)東西在ARM被叫做術(shù)語(yǔ)immed_8，有興趣的人可以找資料了解一下，到處都有介紹。
可以看出ARM的這個(gè)方法能直接使用的立即數(shù)是相當(dāng)有限的，像0xfffffff0這樣的數(shù)顯然無(wú)法支持。別著急，ARM的傳送類指令中還有一個(gè)MVN指令可以解決該問(wèn)題。顯然0x0000000f是一個(gè)有效立即數(shù)，MVN會(huì)先將其取反再傳送，這樣有效立即數(shù)的范圍又?jǐn)U充了一倍。
可就算如此仍有大量的32位立即數(shù)是無(wú)效的，比如上面那個(gè)例子中的0x0c002000和0x0c001000。面對(duì)這種問(wèn)題一是使用RISC的通用方法，二是分次載入。
比如可以這樣載入0x0c002000：
.text mov sp, #0x0c000000 add sp, sp, #0x00002000.text mov sp, #0x0c000000 orr sp, sp, #0x00002000感覺(jué)很狡猾是吧，呵呵。但是要注意它和方法一的一大區(qū)別：需要多條指令。那么在一些對(duì)指令數(shù)目有限制的場(chǎng)合就無(wú)法使用它，比如異常向量表處要做長(zhǎng)跳轉(zhuǎn)（超過(guò)±32MB）的話就只能用方法一；還有就是在同步事務(wù)中該操作不是原子的，因此可能需要加鎖。
扯了這么多再回到LDR偽指令上來(lái)。顯然上面的內(nèi)容是復(fù)雜繁瑣的，如果然程序員在寫程序的時(shí)候還要考慮某個(gè)數(shù)是不是immed_8一定超級(jí)麻煩，因此為了減輕程序員的負(fù)擔(dān)才引入了LDR偽指令。
你一定很好奇第一段代碼demo.s被GNU AS變成了什么，好，讓我們?cè)贚inux環(huán)境下執(zhí)行下面的命令：
arm-elf-as -o demo.o demo.s
arm-elf-objdump -D demo.o
結(jié)果：
demo.o: file format elf32-littlearm Disassembly of section .text: 00000000 <.text>: 0: e59fd004 ldr sp, [pc, #4] ; c <.text+0xc> 4: e59fa004 ldr sl, [pc, #4] ; 10 <.text+0x10> 8: e59ff004 ldr pc, [pc, #4] ; 14 <.text+0x14> c: 0c002000 stceq 0, cr2, [r0] 10: 0c001000 stceq 0, cr1, [r0] 14: 00000000 andeq r0, r0, r0 Disassembly of section .data:
由于entry還沒(méi)連上目標(biāo)地址，objdump反匯編會(huì)認(rèn)為是0，我們先不管它。另外兩條LDR偽指令變成了實(shí)際的LDR指令！但目標(biāo)很奇怪，都是[pc, #4]。那好我們看看[pc, #4]是什么。
我們知道pc中存放的是當(dāng)前指令的下下條指令的位置，也就是. + 8。那么上面的第一條指令ldr sp, [pc, #4]中的pc就是0x8，pc + 4就是0xc，而[0xc]的內(nèi)容正是0x0c002000；同理，第二條ldr指令也是如此。顯然這里L(fēng)DR偽指令采用的是RISC通用的方法。
另外要說(shuō)的是，如果LDR的是一個(gè)immed_8或者immed_8的反碼數(shù)，則會(huì)直接被解釋成mov或mvn指令。如ldr pc, = 0x0c000000會(huì)被解釋成mov pc, 0x0c000000。
最后一點(diǎn)補(bǔ)充，我發(fā)現(xiàn)arm-elf-gcc通常都用累加法。如C語(yǔ)句中的i = 0x100ffc04;會(huì)變成類似于以下的語(yǔ)句：
mov r0, #0x10000004
add r0, r0, #0x000ff000
add r0, r0, #0x00000c00
...
原因不詳。
添加的內(nèi)容：
1 指令LDR
應(yīng)用舉例：
u LDR R0, [R1, #4] ;將內(nèi)存單元R1+4中的字讀取到R0寄存器
其中，R1為基址，#4為偏移地址，R0為目標(biāo)地址。注意，此時(shí)不更新R1。
u LDR R0, [R1, #-4] ;將內(nèi)存單元R1-4中的字讀取到R0寄存器
u LDR R0, [R1, #4]! ;將內(nèi)存單元R1+4中的字讀取到R0寄存器。同時(shí)更新R1，R1=R1+4。
u LDR R0, [R1], #4 ;將地址為R1的內(nèi)存單元數(shù)據(jù)讀取到R0寄存器，然后R1=R1+4。
2 偽指令LDR
ARM中的偽指令不是真正的ARM指令或者Thumb指令，這些偽指令在匯編編譯器對(duì)源程序進(jìn)行匯編處理時(shí)，被替換為相應(yīng)的ARM或者Thumb指令（序列）。
LDR偽指令將一個(gè)32位的常數(shù)或者一個(gè)地址值讀取到寄存器中。
語(yǔ)法格式：
LDR{cond} register, =[expr | label-expr]
其中，register為目標(biāo)寄存器
expr為32位的常量。編譯器將根據(jù)expr的取值情況，如下處理LDR偽指令：
u 當(dāng)expr所表示的地址值沒(méi)有超過(guò)MOV或MVN指令中的地址取值范圍時(shí)，編譯器用合適的MOV或者M(jìn)VN指令代替LDR偽指令。
應(yīng)用舉例：
將0xFF0讀取到R1中
LDR R1, =0xFF0
匯編后得到：
MOV R1, 0xFF0
u 當(dāng)expr表示的地址值超過(guò)了MOV或者M(jìn)VN指令中的地址的取值范圍（第二操作數(shù)的取值范圍）時(shí)，編譯器將該常數(shù)放在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中，同時(shí)用一條基于PC的LDR指令讀取該常數(shù)。
LDR R1，=0xFFF
匯編后得到：
LDR R1, [PC, OFFSET_TO_LPOOL]
…
LPOOL DCD 0xFFF
關(guān)于label-expr的介紹我不是很理解。不理解其中關(guān)于“連接重定位偽操作”。（P144）
聲明：本文為我在學(xué)習(xí)杜春雷編著的《ARM體系結(jié)構(gòu)與編程》時(shí)做的總結(jié)筆記，文中摘錄了書中的很多內(nèi)容。
補(bǔ)充2：
原文地址：http://hi.baidu.com/andylgh/blog/item/17dbdc1f7d102a62f624e4dc
說(shuō)說(shuō)這個(gè).word的作用。 word expression就是在當(dāng)前位置放一個(gè)word型的值，這個(gè)值就是expression 例如： ldr r1, _rWTCON |
評(píng)論