ARM汇编基础教程

——数据类型和寄存器

原文链接：https://azeria-labs.com/arm-data-types-and-registers-part-2/

翻译：ljcnaix

和高级语言一样，ARM汇编语言支持对不同数据类型的操作。我们可以load（或store）的数据类型包括signed/unsigned words，halfwords或者bytes。我们用“-h”或“-sh”后缀表示half words，用“-b”或“-sb”表示bytes，无后缀默认表示words。有符号和无符号数据类型之间的区别有：

§  有符号数可以表示正直和负值，所以范围较小；

§  无符号数只能表示正值，所以范围更大。

下面是使用load和store指令操作不同类型数据的示例：

字节序

在内存中有两种存储多字节数据的方式，大端序和小端序。这两种方式的差异是数据存储时的字节顺序不同。在以小端序存储数据的设备中（如x86），位权低（个位的位权比十位低）的字节存储在低地址（地址值小的地址）。在以大端序存储数据的设备上，位权高的字节存储在低地址。上一篇我们提到过，ARM架构在ARMv3之前是小端序的，在那之后，ARM处理器可以通过硬件配置在大小端之间切换。以ARMv6为例，指令是固定的以小端序存储的，而内存数据的读取方式可以通过控制程序状态寄存器CPSR的第9位实现在大端和小端之间切换。

ARM处理器的寄存器个数与ARM指令集版本有关。根据ARM手册，除了基于ARMv6-M和ARMv7-M的处理器，其它的ARM处理器都有30个32 bit的通用寄存器。前17个（原文是16个，我觉的可能是作者犯的off-by-one错误，如果理解有误，请高手指正）寄存器是在用户模式下可访问的，其它的寄存器只有在特定的运行模式下才可以访问（ARMv6-M和ARMv7-M除外，它们的架构有一些差异，有兴趣的话可以单独去学习）。在这篇教程中，我们将关注那些可以在任何运行模式下被访问的寄存器：r0~r15还有CPSR。这16个寄存器可以被分为两组：通用寄存器和专用寄存器。

寄存器

别名

作用

R0

-

通用

R1

-

通用

R2

-

通用

R3

-

通用

R4

-

通用

R5

-

通用

R6

-

通用

R7

-

常用于保存系统调用号

R8

-

通用

R9

-

通用

R10

-

通用

R11

FP

用于保存栈帧

专用寄存器

R12

IP

内部调用暂存寄存器

R13

SP

栈顶指针

R14

LR

用于保存函数返回地址

R15

PC

用于保存下一条指令的地址

CPSR

-

当前程序状态寄存器

下面这张表将ARM的寄存器和x86寄存器做了一个简单类比：

ARM

简述

X86

R0

通用寄存器

EAX

R1~R5

通用寄存器

EBX，ECX，EDX，ESI，EDI

R6~R10

通用寄存器

-

R11（FP）

栈帧寄存器

EBP

R12

内部调用暂存寄存器

-

R13（SP）

堆栈寄存器

ESP

R14（LR）

链接寄存器

-

R15（PC）

程序计数器

EIP

CPSR

当前程序状态寄存器

EFLAGS

R0~R12（R12的使用要慎重）:R0~R12是通用寄存器（R12已经不完全是了），它们可以在常规操作中使用，来存储临时变量或地址。习惯上，R0常在算数运算中作为累加器，或者存储函数的返回地址。R7常用于存储系统调用号。R11常作为栈帧指针来标记函数栈帧的边界。此外，ARM的函数调用约定规定，函数的前四个参数存储在寄存器r0~r3中。

R13：R13是堆栈指针（SP，Stack Point）。它指向堆栈的顶部。堆栈是用来存储函数局部存储的一段内存，在函数返回时回收。堆栈指针通过减去我们要分配的空间大小，来分配堆栈上的空间。比如，我们要分配一个32 bit的空间，那么就令R13减4。

R14：R14是链接寄存器（LR，Link Register）。当进行函数调用时，链接寄存器被更新为调用函数指令的下一条指令的地址。这样做可以使程序在执行完子函数之后得以返回父函数。

R15：R15是程序计数器（PC，Program Counter）。在执行指令时，PC总是自动的增加，增加的大小等于正在执行指令的长度。这个长度在ARM架构下是固定的，ARM模式是4字节，Thumb模式是2字节。当执行分支指令时，PC被更新为目的地址。需要注意的是，由于RISC CPU流水线优化的原因，在执行期间，ARM模式下PC等于当前指令地址加8，Thumb模式下等于当前指令地址加4，也就是后移两条指令。这不同于x86的EIP寄存器，总是指向当前指令的下一条指令。

下面我们通过调试器来看看PC的行为。我们使用下面的程序，先将PC保存在寄存器r0中，然后随意执行两条指令。让我们看看会发生什么：

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.global _start

.global _main

_start:

    b _main

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