ARM学习笔记

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ARM学习笔记

在xcode中，选中文件后Product->Perform Action->Assemble xxx.m就能看到汇编代码，可以更好的了解代码的执行过程。这里简单介绍下常用的一些命令（instruction）。

寄存器

x0-x30 64bit 通用寄存器，如果有需要可以当做32bit使用：WO-W30
FP(x29) 64bit 保存栈帧地址(栈底指针)。栈基址。函数调用的时候的起始栈地址
LR(x30) 64bit 通常称X30为程序链接寄存器，保存子程序结束后需要执行的下一条指令（上一次函数调用的下一条指令地址），即返回地址。
SP 64bit 保存栈指针,使用 SP/WSP来进行对SP寄存器的访问。
PC 64bit 程序计数器，俗称PC指针，总是指向即将要执行的下一条指令,在arm64中，软件是不能改写PC寄存器的。
CPSR 64bit 状态寄存器

状态寄存器条件码

操作码 条件码助记符 标志 含义
0000 EQ Z=1 相等
0001 NE(Not Equal) Z=0 不相等
0010 CS/HS(Carry Set/High or Same) C=1 无符号数大于或等于
0011 CC/LO(Carry Clear/LOwer) C=0 无符号数小于
0100 MI(MInus) N=1 负数
0101 PL(PLus) N=0 正数或零
0110 VS(oVerflow set) V=1 溢出
0111 VC(oVerflow clear) V=0 没有溢出
1000 HI(High) C=1,Z=0 无符号数大于
1001 LS(Lower or Same) C=0,Z=1 无符号数小于或等于
1010 GE(Greater or Equal) N=V 有符号数大于或等于
1011 LT(Less Than) N!=V 有符号数小于
1100 GT(Greater Than) Z=0,N=V 有符号数大于
1101 LE(Less or Equal) Z=1,N!=V 有符号数小于或等于
1110 AL 任何 无条件执行(默认)
1111 NV 任何 从不执行

指令与伪指令

指令有对应的机器码，CPU可以直接识别并执行。而伪指令，没有对应的机器码，它需要经过编译器翻译成指令才能被CPU识别和执行。

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ldr r1, =0xfff //伪指令
.text
.global _start
_start:
@这是一条伪指令，没有对应的机器码，被编译器翻译为LDR       R0,[PC,#0x0008]
LDR R0, =var ; int * R0 = var
@这是一条指令
LDR R1, [R0] ; int R1 = *R0
@指令有对应的机器码，编译器原样执行
MOV R1, R0
NOP
NOP
.data
var: int * var; *var = 0x8;
.word 0x8
.end

常见指令

mov

将某一寄存器的值复制到另一寄存器（只能用于寄存器与寄存器或者寄存器与常量之间传值，不能用于内存地址），如：

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mov x1, x0    ; 将寄存器x0的值赋值给x1

str&stur

存储指令，(store register) 将寄存器中的值写入到内存中。str和stur都是存储指令，区别在寻址的偏移量正负之分。如：

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str x0, [sp, #0x8]    ; 将寄存器 x0 中的值保存到栈内存 [sp + 0x8] 处 
stur x0, [x29, #-0x8]    ; 将寄存器x0中的值保存到栈内存 [x29 - 0x8] 处

ldr&ldur

读取指令（load register）；将内存地址的值读取到寄存器中。ldr和ldur的区别与上述存储指令相同，ldr用于正偏移的地址运算，ldur用于负地址。如：

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ldr x0, [sp, #0x8]    ; 将栈地址sp+0x8的值读取到x0寄存器中
ldur x0, [x29, #-0x8]    ; 将栈地址x29-0x8的值读取到x0寄存器中

stp

入栈指令（str 的变种指令，可以同时操作两个寄存器），如：

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stp x29, x30, [sp, #0x10] 	; 将 x29, x30 的值存入 sp 偏移 16 个字节的位置

ldp

出栈指令（ldr 的变种指令，可以同时操作两个寄存器），如：

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ldp x29, x30, [sp, #0x10] 	; 将 sp 偏移 16 个字节的值取出来，存入寄存器 x29 和寄存器 x30

adrp

用来定位数据段中的数据用, 因为 aslr 会导致代码及数据的地址随机化, 用 adrp 来根据 pc 做辅助定位

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adrp	x8, _OBJC_SELECTOR_REFERENCES_@PAGE    ;将'_OBJC_SELECTOR_REFERENCES_'所在section的起始地址保存到x8寄存器中
ldr	x1, [x8, _OBJC_SELECTOR_REFERENCES_@PAGEOFF]    ; 加上偏移量做一个寻址操作，并将地址保存到x1寄存器中。

sub

减法指令；将两寄存器的值相减 并将结果保存到指定寄存器中，如：

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sub x0, x0, #0x8    ; x0 = x0 - 0x8

add

加法指定；如：

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add x0, x0, #0x1    ; x0 = x0 + 0x1

sdiv

除法运算指令；如：

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sdiv x0, x1, x2       ; x0 = x1 / x2

mul

乘法运算指令；如：

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mul x0, x1, x2        ; x0 = x1 * x2

and

按位与。如：

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and x0, x0, #0xf      ; x0 = x0 & 0xf

orr

按位或。如：

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orr x0, x0, #0xf      ; x0 = x0 | 0xf

eor

按位异或。如：

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eor x0, x0, #0xf      ; x0 = x0 ^ 0xf

LSL

逻辑左移

LSR

逻辑右移

ASR

算术右移

ROR

循环右移

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cbz	w8, LBB11_2    ; 如果w8寄存器的值为0，则跳转到‘LBB11_2’处

cbnz

和非 0 比较（Compare），如果结果非零（Non Zero）就转移（只能跳到后面的指令）;

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cbnz	w8, LBB11_2    ; 如果w8寄存器的值不等于0则跳转到‘LBB11_2’label处。

subs

比较指令；

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subs x0, x1, x2    ; x0 = x1 - x2, 并设置 CPSR 寄存器的 C 标志位

cmp

比较指令，相当于 subs，影响程序状态寄存器CPSR ;

cset

比较指令，满足条件，则并置 1，否则置 0 ，如：

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cmp w8, #2        ; 将寄存器 w8 的值和常量 2 进行比较
cset w8, gt       ; 如果是大于(grater than)，则将寄存器 w8 的值设置为 1，否则设置为 0

b

（branch）跳转到某地址（无返回）, 不会改变 lr (x30) 寄存器的值，只改变pc寄存的值；一般是本方法内的跳转，如 while 循环，if else 等 ，如：

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b LBB0_1      ; 直接跳转到标签 ‘LLB0_1’ 处开始执行

b.le（条件码）

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b.le	LBB11_2     ; CPSR寄存器 C=0，则跳转‘LBB11_2’

br

功能同上b指令。不同的是跳转的地址由寄存器传递。

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br x8    ; x8寄存器的值作为跳转地址

bl

call指令。跳转到某地址（有返回），先将下一指令地址（即函数返回地址）保存到寄存器 lr (x30)中，再进行跳转 ；一般用于不同方法直接的调用 ，如：

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bl 0x100cfa754	; 先将下一指令地址（‘0x100cfa754’ 函数调用后的返回地址）保存到寄存器 ‘lr’ 中，然后再调用 ‘0x100cfa754’ 函数

blr

跳转到 某寄存器 (的值)指向的地址（有返回），先将下一指令地址（即函数返回地址）保存到寄存器 lr (x30)中，再进行跳转；与bl不同的是，bl指令的内容具体的地址，blr则是读取寄存器内的值。如：

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blr x20       ; 先将下一指令地址（‘x20’指向的函数调用后的返回地址）保存到寄存器 ‘lr’ 中，然后再调用 ‘x20’ 指向的函数

fcvtzs

(Float Convert To Zero Signed)浮点数 转化为 定点数 （舍入为0），如：

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fcvtzs w0, s0	    ; 将向量寄存器 s0 的值(浮点数，转换成 定点数)保存到寄存器 w0 中
复制代码

cbz

和 0 比较（Compare），如果结果为零（Zero）就转移（只能跳到后面的指令）;

ret

子程序（函数调用）返回指令，返回地址已默认保存在寄存器 lr (x30) 中

Label

在汇编代码中常常会看到LBB0_2: ,这样的字样。LBB0_2称之为local label，在跳转中常常会用到

LBB0_2are local labels, which are normally used as branch destinations within a function.

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b.ge	LBB11_2    ; CPSR的标志是ge时，pc寄存器置为LBB11_2处的地址

注释

ARM中的注释，如：

  1. “@”符号作为注释可以放在语句的开始处
  2. “;”作为流程只能放在语句的末尾
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sub	sp, sp, #32                     ; =32

伪指令

数据定义伪操作

数据定义伪操作一般用于为特定的数据分配内存单元，同时对该内存单元中的数据进行初始化，觉的数据定义伪操作有:

.byte

在存储器中分配 一个字节的内存单元，用指定的数据对该存储单元进行初始化。

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.byte 0x1

在当前地址分配一个字节的存储单元，将将其初始化为1，类似于C语言中的char _label = 1.

.short

在存储器中分配2个字节的内存单元，并用指定的数据对该存储单元进行初始化，用于与.byte类似

.word

在存储器中分配4个字节的内存单元，并用指定的数据对该存储单元进行初始化，用于与.byte类似

.long

与.word的功能相同

.quad

.quad的功能是在内存中分配8个字节的存储单元，并用指定的数据对该存储单元进行初始化。

.float

在存储器中分配4个字节的存储空间，并用指定的浮点数据对该空间进行初始化。

.space

.space伪操作用于分配一片连续的内存区域，并将其初始化为指定的值，如果后面的填充值省略不写，则默认在后面填充0

.skip

等同与.space

.string, ascii, .asciz

这3条伪操作的功能都是定义一个字符串：

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_label:
.string "Hello, World!"

.rept

.rept伪操作功能是 重复执行后面的指令，以.rept开始，并以.endr结束，用法:

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.rept 3
add r1, r1, #1
.endr

杂项操作伪指令

GNU汇编中还有一些其他的伪操作，在汇编程序中经常会使用到它们，包括而在这些：

.align

.align伪操作可通过添加填充字节的试，使当前位置满足指定的对齐方式。举例：

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.align 2
.string "abcde"

声明后面的字符串的对齐方式是4(2的2次方)字节对齐，这个字符串会占用8个字节的存储空间。

.section

.section伪操作用于定义一个段，一个GNU的源程序至少需要一个段，大的程序可以包含多个代码段和数据段。

可能用来定义自定义段

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.section	__DATA,__const    ; 表示数据所在的segment和section

.data

.data伪操作用来定义一个数据段

.text

.text伪操作用来定义一个数据段

.include

.include 伪操作用来包含一个头文件。

.extern

.extern用于声明一个外部符号，即告诉编译器当前符号不是在本源文件中定义的，而是在其它源文件中定义的，当前文件需要引用这个符号。

.weak

.weak用来声明一个符号是弱符号，即如果这个符号没有定义，编译器就会忽略，不会报错。

.end

.end代表程序的结束位置

.globl

.globl "___block_descriptor_40_e8_32w_e5_v8?0l"表示一个全局的符号

其他

栈对齐

虽然该函数没有临时变量，但是调用 printf 函数后，编译器自动会加上 该函数返回值 的处理，由于 arm64 规定了整数型返回值放在 x0 寄存器里，因此会隐藏有一个局部变量 int return_value; 的声明在，该临时变量占用 4字节空间；又因为 arm64 下对于使用 sp 作为地址基址寻址的时候，必须要 16byte-alignment（对齐），所以申请了 16字节空间作为临时变量使用。具体参见 这里。

参考

arm64 架构之入栈/出栈操作

汇编quad_ARM汇编