歡迎來(lái)到這個(gè)關(guān)于ARM匯編基礎(chǔ)知識(shí)的系列教程。
ARM 匯編基礎(chǔ)知識(shí)教程系列將逐步涵蓋以下主題:
第1部分：ARM匯編簡(jiǎn)介
第2部分：數(shù)據(jù)類型 寄存器
第3部分：ARM指令集
第4部分：內(nèi)存指令。
第5部分：加載和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)
第6部分：條件執(zhí)行和分支
第7部分：堆棧和函數(shù)
要跟上示例，您將需要一個(gè)基于ARM的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。如果你沒(méi)有ARM設(shè)備（如 Pi），你可以按照本教程在虛擬機(jī)中使用QEMU和 Pi發(fā)行版來(lái)建立自己的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。如果你不熟悉用GDB進(jìn)行的基本調(diào)試，你可以在本教程中獲得基本知識(shí)。在本教程中，重點(diǎn)是ARM 32位，例子是在ARMv6上編譯的。
為什么是ARM？
本教程一般是為那些想學(xué)習(xí)ARM匯編基礎(chǔ)知識(shí)的人準(zhǔn)備的。您可能已經(jīng)注意到，ARM處理器在您周圍隨處可見(jiàn)。當(dāng)我環(huán)顧四周時(shí)，我可以數(shù)出家里采用ARM處理器的設(shè)備遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于Intel處理器。這包括手機(jī)、路由器，更別忘了最近似乎銷量爆棚的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。也就是說(shuō)，ARM處理器已經(jīng)成為世界上最廣泛的CPU內(nèi)核之一。
盡管ARM匯編語(yǔ)言可能是廣泛使用的最簡(jiǎn)單的匯編語(yǔ)言。那么，為什么沒(méi)有更多的人關(guān)注ARM呢？也許是因?yàn)樯婕坝⑻貭栭_(kāi)發(fā)的學(xué)習(xí)資源比涉及 ARM 的多。在這里的系列教程中，我們將重點(diǎn)介紹ARM匯編基礎(chǔ)知識(shí)。
ARM處理器與 英特爾處理器
英特爾和ARM之間有許多不同之處，但主要區(qū)別在于指令集。英特爾是一個(gè)CISC（復(fù)雜指令集計(jì)算）處理器，它的指令集更大、功能更豐富，并允許許多復(fù)雜指令訪問(wèn)內(nèi)存。因此，它有更多的操作、尋址模式，但比ARM更少的寄存器。CISC處理器主要用于普通PC、工作站和服務(wù)器。
ARM是一種RISC（精簡(jiǎn)指令集計(jì)算）處理器，因此它有一個(gè)簡(jiǎn)化的指令集（100條指令或更少），并且比CISC有更多的通用寄存器。與英特爾不同，ARM使用僅對(duì)寄存器進(jìn)行操作的指令，并使用加載/存儲(chǔ)內(nèi)存模型進(jìn)行內(nèi)存訪問(wèn)，這意味著只有加載/存儲(chǔ)指令可以訪問(wèn)內(nèi)存。這意味著在ARM上增加一個(gè)特定內(nèi)存地址的32位數(shù)值需要三種指令（加載、增加和存儲(chǔ)），首先將特定地址的數(shù)值加載到寄存器中，在寄存器中增加數(shù)值，然后從寄存器中存儲(chǔ)到內(nèi)存中。
減少指令集有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。其中一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是指令可以更快執(zhí)行，可能會(huì)有更高的速度（RISC系統(tǒng)通過(guò)減少每個(gè)指令的時(shí)鐘周期來(lái)縮短執(zhí)行時(shí)間）。缺點(diǎn)是，較少的指令意味著要更加強(qiáng)調(diào)用有限的指令有效地編寫軟件。同樣需要注意的是，ARM有兩種模式，ARM模式和拇指模式。拇指指令可以是2字節(jié)或4字節(jié)（在第3部分：ARM指令集中有更多介紹）。
ARM和x86之間的更多區(qū)別是:
在ARM中，大多數(shù)指令可用于條件執(zhí)行。
Intel x86 和 x86-64 系列處理器使用 - 格式
ARM 體系結(jié)構(gòu)在版本 3 之前是 -。從那時(shí)起，ARM處理器變成了BI-，并具有允許切換的設(shè)置。
不僅Intel和ARM之間存在差異，而且不同的ARM版本本身也存在差異。本系列教程旨在盡可能地保持通用性，以便您對(duì)ARM的工作原理有一個(gè)大致的了解。一旦您了解了基本原理，就很容易了解您所選擇的目標(biāo)ARM版本的細(xì)微差別。本教程中的例子是在32位ARMv6（ Pi 1）上創(chuàng)建的，因此，解釋與這個(gè)確切的版本有關(guān)。
不同的ARM版本的命名也可能令人困惑:
編寫匯編
我們首先需要了解匯編語(yǔ)言編程的基礎(chǔ)知識(shí)，這需要在開(kāi)始之前有一些背景知識(shí)。
您不需要知道匯編語(yǔ)言的每一個(gè)小細(xì)節(jié)，但其中一些細(xì)節(jié)對(duì)于理解大局是必需的。
本系列教程將涵蓋基礎(chǔ)知識(shí)。如果你想了解更多，你可以訪問(wèn)本章末尾列出的鏈接。
那么，究竟什么是匯編語(yǔ)言？匯編語(yǔ)言只是機(jī)器碼之上的一個(gè)薄薄的語(yǔ)法層，機(jī)器碼由指令組成，以二進(jìn)制表示法（機(jī)器碼）進(jìn)行編碼，也就是我們的計(jì)算機(jī)所能理解的。那么，為什么我們不直接寫機(jī)器碼呢？嗯，這將是一個(gè)痛苦的過(guò)程。出于這個(gè)原因，我們要寫匯編，即ARM匯編，這對(duì)人類來(lái)說(shuō)更容易理解。我們的計(jì)算機(jī)本身不能運(yùn)行匯編代碼，因?yàn)樗枰獧C(jī)器代碼。我們將使用的將匯編代碼組裝成機(jī)器代碼的工具是GNU 項(xiàng)目中的GNU ，其名稱為as，可用于具有*.s擴(kuò)展名的源文件。
一旦你寫好了擴(kuò)展名為*.s的匯編文件，你就需要用as來(lái)組裝它，并用ld來(lái)鏈接它。
揭開(kāi)匯編的面紗
讓我們從最底層開(kāi)始匯編語(yǔ)言轉(zhuǎn)換成機(jī)器碼，一路往上走到匯編語(yǔ)言。在最底層，我們的電路上有我們的電信號(hào)。信號(hào)的形成是通過(guò)將電壓切換到兩個(gè)級(jí)別中的一個(gè)，例如0伏（"關(guān)閉"）或5伏（"開(kāi)啟"）。因?yàn)閮H僅通過(guò)觀察，我們不容易知道電路的電壓是多少，所以我們選擇用直觀的數(shù)字0和1來(lái)書寫電壓的開(kāi)/關(guān)模式，這不僅是為了表示信號(hào)的缺失或存在匯編語(yǔ)言轉(zhuǎn)換成機(jī)器碼，而且也是因?yàn)?和1是二進(jìn)制系統(tǒng)的數(shù)字。然后我們將0和1的序列分組，形成機(jī)器碼指令，這是計(jì)算機(jī)處理器最小的工作單元。下面是一個(gè)機(jī)器語(yǔ)言指令的例子。
1 0 0000 0001
到目前為止還不錯(cuò)，但我們無(wú)法記住這些模式（0和1）中的每一個(gè)意味著什么。出于這個(gè)原因，我們使用所謂的助記符、縮寫來(lái)幫助我們記住這些二進(jìn)制模式，每個(gè)機(jī)器碼指令都有一個(gè)名字。這些記憶法通常由三個(gè)字母組成，但這并不是必須的。我們可以用這些助記符作為指令寫一個(gè)程序。這個(gè)程序被稱為匯編語(yǔ)言程序，而用于表示計(jì)算機(jī)機(jī)器碼的一組助記符被稱為該計(jì)算機(jī)的匯編語(yǔ)言。因此，匯編語(yǔ)言是人類用來(lái)為計(jì)算機(jī)編程的最低級(jí)別。一條指令的操作數(shù)排在助記符之后。下面是一個(gè)例子。
MOV R2, R1
現(xiàn)在我們知道，匯編程序是由稱為助記符的文本信息組成的，我們需要將其轉(zhuǎn)換為機(jī)器碼。如上所述，就ARM匯編而言，GNU 項(xiàng)目為我們提供了一個(gè)名為as的工具。使用像as這樣的匯編器將（ARM）匯編語(yǔ)言轉(zhuǎn)換為（ARM）機(jī)器代碼的過(guò)程稱為匯編。
綜上所述，我們了解到計(jì)算機(jī)能夠理解（響應(yīng)）電壓（信號(hào)）的存在或不存在，并且我們可以用0和1（比特）的序列來(lái)表示多個(gè)信號(hào)。我們可以使用機(jī)器代碼（信號(hào)序列）使計(jì)算機(jī)以某種定義明確的方式做出反應(yīng)。因?yàn)槲覀儫o(wú)法記住所有這些序列的含義，所以我們給它們以縮寫--助記符，并使用它們來(lái)表示指令。這套助記符是計(jì)算機(jī)的匯編語(yǔ)言，我們使用一個(gè)稱為匯編程序的程序?qū)⒋a從助記符表示轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可讀的機(jī)器代碼，就像編譯器對(duì)高級(jí)語(yǔ)言的作用一樣。
本文是ARM匯編系列教程的第一部分, 后續(xù)內(nèi)容會(huì)盡快更新, 敬請(qǐng)持續(xù)關(guān)注!