系统总结ARM基础
一
ARM汇编
一般的我们的电脑都是X86架构的机器，这里我们使用clang来对我们的文件进行编译，自己编译文件，放入ida中对照着学习更容易理解一点。
二
关于clang的一些指令：
使用clang直接编译成可执行文件
//将我们的文件编译成ARMv5架构的文件（32位）
clang -target armv-linux-android21 demo.c -o demo
//将我们的文件编译成ARMv7-A架构的文件 (32位)
clang -target armv7a-linux-android21 demo.c -o demo
//将我们的文件编译成AArch64 架构的文件（64位）
clang -target aarch64-linux-android21 1.cpp -o demo
分开步骤进行编译
预处理
clang -target arm-linux-android21 -E demo.c -o demo.i
编译（生成汇编文件）
clang -target arm-linux-android21eabi -S demo.i -o demo.s
汇编（生成未资源重定位的二进制文件）
clang -target arm-linux-android21eabi -S demo.s -o demo.o
链接（生成可执行文件）
clang -target arm-linux-android21eabi -S demo.o -o demo
clang编译thumb架构的文件
clang -target arm-linux-android21 -S -mthumb demo.c -o demo.s
针对于ARM与thumb的区别
我们学习ARM架构的时候，我们常常会听说从arm状态转为thumb状态。这里记录一下龙去脉。
随着ARM架构的发展，在许多方面都有所用到，但是我们ARM的指令集都是32位，或者64位的，随着手机等设备对32位处理器需求的不断增加，功耗和成本都变得十分关键。如何减少程序占用空间大小的问题亟待解决，这个时候，arm公司就推出了ARM7TDMI处理器，在其上面就能支持了16位指令集，即thumb。thumb出现的目的是实现更高的代码密度，本质上是对我们的ARM指令的扩充。
ARM处理器具有从ARM状态到Thumb状态和从Thumb状态到ARM状态的无缝转换能力，可以根据需要动态切换指令集。
一些区别：
总得来说，thumb就是实现一个更高性能，更高代码密度的ARM指令分支。
三
ARM寄存器
Arm-v7架构
ARM共有37个寄存器，都是32位长度的寄存器（具体可以看后面的工作模式图）。
37个寄存器中其中前31个（0~30）是通用寄存器（模式不同，使用的时候有所区别），最后2个(31,32)是专用寄存器（sp 寄存器和 pc 寄存器)。5个固定用作5种异常模式下的SPSR。
◆CPSR：当前程序状态寄存器，通常不直接操作，除非进行异常处理或任务切换。
◆SPSR：在异常处理中使用，保存异常发生时的CPSR值。
通用寄存器
ARM架构的通用寄存器是用于执行大多数指令的寄存器，可存储临时数据、地址和中间计算结果。
R0-R12：通用目的寄存器
◆R0-R3 通常用作指令操作数，传递函数参数和返回值。
◆R4-R11 通常用作局部变量存储，称为"callee-saved"寄存器，函数使用前需保存值，返回前需恢复。
◆R12 有时称为Intra-Procedure-call scratch register（IP），在某函数调用约定中用作临时存储。FP：栈帧基址寄存器，即R12
R13 (SP)：堆栈指针寄存器
◆SP 指向当前栈顶，管理函数调用参数传递、局部变量存储和返回地址。
R14 (LR)：链接寄存器
◆LR 存储子程序调用返回地址。执行BL（Branch and Link）指令时，将PC当前值保存到LR，函数执行完毕后返回调用点。
R15 (PC)：程序计数器
◆PC 存储下一条将执行指令的地址。执行分支指令时，PC更新为新地址。
CPSR (Current Program Status Register)
CPSR寄存器包含当前程序状态信息，包括：
◆条件标志位：零标志(Z)，负标志(N)，进位标志(C)，溢出标志(V)，通常在算术或逻辑操作后自动设置，用于条件分支指令。
◆控制位：中断禁用位(I)和快速中断禁用位(F)，用于控制中断使能状态。
◆模式位：指示当前CPU操作模式，如用户模式、系统模式、中断模式等。
SPSR (Saved Program Status Register)
异常发生（如中断）时，当前CPSR自动保存到SPSR，以便异常处理后恢复先前状态。每种异常模式有自己的SPSR。
关于ARM-V8架构
通用寄存器
Arm-v8架构有31个通用寄存器X0-X30 (64位长），而Arm-v7架构仅有16个通用寄存器R0-R15（32位长）。
特殊用途寄存器（X8, X16~X18, X29, X30）:（了解）
◆X8：间接结果寄存器。用来保存间接结果的地址。
◆子程序内部调用寄存器，ip寄存器（Intra-Procedure-Call Temporary Registers），IP0与IP1，可被Veneers（实现Arm/Thumb状态切换）。或是用于在子程序调用前，作为存储中间值的临时寄存器。使用时不需要保存。
◆x18：平台寄存器（Platform Register），用于保存当前所用的平台的ABI=
◆x29：帧指针寄存器（FP），用于连接栈帧，使用时必须保存。
◆x30：链接寄存器（LR），用于保存子程序的返回地址。
寄存器的访问方式
64寄存器总的来说有两种不同的使用，一种就是当原本的64位的寄存器来访问，另一种就是为了兼容32位，将64位寄存器拆成32位的寄存器来使用
通用寄存器的访问方式有2种：
W0 ~ W30 来引用它们。（数据保存在寄存器的低32位）X0 ~ X30 来引用它们。对于一些专用寄存器的访问方式:
栈帧指针寄存器:32位，使用 WSP 来引用，64位，使用 SP 来引用。
零寄存器:32位，使用 WZR 来引用，64位，使用 ZR 来引用。
四
ARM处理器几种工作模式
用户模式 (User Mode):
正常程序执行的默认模式。
快速中断模式 (FIQ Mode)
用于处理快速中断请求，有额外的寄存器以减少中断服务例程的执行时间。
普通中断模式 (IRQ Mode)
用于处理普通的中断请求。
管理模式 (Supervisor Mode)
用于操作系统的内核级别操作，通常在系统启动或系统调用时进入。
未定义模式 (Undefined Mode)
当执行了未定义的指令时进入此模式。在异常或中断发生时，处理器会自动切换到相应的模式，并使用该模式下的寄存器集。
中止模式 (Abort Mode)
当发生数据或指令预取中止时进入此模式。
系统模式 (System Mode)
用于运行操作系统的内核代码，与用户模式共享相同的寄存器。
五
ARM架构下的函数调用约定
ARM 架构下常见的函数调用约定有两种：
AAPCS（ARM Architecture Procedure Call Standard）
AAPCS-VFP（ARM Architecture Procedure Call Standard with the Vector Floating-Point extension）
AAPCS：
AAPCS 是 ARM 架构的默认函数调用约定，适用于大多数 ARM 架构的编译器和操作系统。它定义了函数参数的传递方式、栈的使用规则以及寄存器的分配方式。
AAPCS-VFP：
AAPCS-VFP 是在 AAPCS 的基础上添加了向量浮点扩展（Vector Floating-Point extension）的函数调用约定。它适用于需要使用浮点运算的函数。
六
汇编指令
ARM中的寻址方式：
寄存器寻址
将 R2 中的值移动到 R1 中。
mov r1, r2
立即寻址
将 0xFF00 立即数移动到 R0 中。
mov r0, #0xFF00
寄存器移位寻址
将 R1 左移 3 位的结果移动到 R0 中。
mov r0, r1, lsl #3
寄存器间接寻址
将 R2 指向的地址中的值加载到 R1 中。
ldr r1, [r2] //r1=*r2
基址变址寻址
将 R2 加上 4 所得的地址中的值加载到 R1 中。
ldr r1, [r2, #4] ; r1=*(r2+4)
多寄存器寻址
将 R1 中的值加载到 R2-R7 和 R12 中，然后将 R1 加上 32。
ldmia r1!, {r2-r7, r12}
堆栈寻址
将 R2-R7、LR 的值存储到堆栈中，然后将 SP 减去 24。
stmfd sp!, {r2-r7, lr}
相对寻址
如果条件码为 EQ，则跳转到标签 flag 处。
beq flag
flag:
汇编常用的指令
跳转指令
B 强制跳转
B label //无条件跳转到标签 label 处
BL 带返回的跳转，将返回地址放入LR寄存器中
BL label //跳转到标签 label 处，并将返回地址存储在 LR 中
BLX 带返回和带状态的切换跳转指令 arm → thumb
BLX label //跳转到标签 label 处，并将返回地址存储在 LR 中。可以实现 ARM 和 Thumb 之间的切换
Bx 带状态的跳转
BX R1 // 跳转到地址存储在 R1 中的位置，并切换到相应的指令集模式
数据处理指令
mov 赋值
MOV R0, R1 //将 R1 中的值赋值到 R0 中。
ADD 加
ADD R0, R1, R2 //将 R1 和 R2 中的值相加，然后将结果存储到 R0 中。
SUB 减
SUB R0, R1, R2 //
AND与
AND R0, R1, R2 //将 R1 和 R2 中的值进行按位与操作，然后将结果存储到 R0 中。
EOR：异或
EOR R0, R1, R2 //将 R1 和 R2 中的值进行按位异或操作，然后将结果存储到 R0 中。
ORR：或
ORR R0, R1, R2 //将 R1 和 R2 中的值进行按位或操作，然后将结果存储到 R0 中。
BIC：与非 , 可以实现的 Bit Clear的功能
BIC R0, R1, #0xf //将 R1 和立即数 #0xf 进行按位与非操作，然后将结果存储到 R0 中。
//将R1 低4位清0
乘法指令：
MUL 一般乘法：
MUL r0 r1,r2 //r0 = r1 * r2 乘法
MLA 带加法的乘法:
MLA r0,r1,r2,r3 //r0 = r1 * r2 + r3 带加法的乘法
由于32位寄存器 没有办法存64位的大数，因此需要两个寄存器来存储，64位的乘法操作就会发送改变
SMULL 64位乘法:
SMULL r0,r1 ,r2 ,r3 // r0 = (r2 * r3)的低32位 r1 = (r2 * r3)的高32位
SMLAL 64位带加法的乘法
SMLAL r0,r1 ,r2 ,r3 //r0 = (r2 * r3)的低32位 + r0 r1 = (r2 * r3)的高32位 + r1
UMULL 64位无符号乘法
UMULL r0,r1 ,r2 ,r3 // r0 = (r2 * r3)的低32位 r1 = (r2 * r3)的高32位
UMLAL 64位无符号带加法的乘法
UMLAL r0,r1 ,r2 ,r3 //r0 = (r2 * r3)的低32位 + r0 r1 = (r2 * r3)的高32位 + r1
移位操作：
LSL：逻辑左移指令，将寄存器中的值向左移动指定的位数，移动时右侧空出的位补零。
LSL R0, R1, #2 // 将 R1 中的值左移 2 位，结果存储到 R0 中
LSR：逻辑右移指令，将寄存器中的值向右移动指定的位数，移动时左侧空出的位补零。
LSR R0, R1, #3 // 将 R1 中的值右移 3 位，结果存储到 R0 中
ROR：循环右移指令，将寄存器中的值向右移动指定的位数，移动时左侧空出的位补上右侧的位。
ROR R0, R1, #4 // 将 R1 中的值循环右移 4 位，结果存储到 R0 中
ASR：算术右移指令，将寄存器中的值向右移动指定的位数，移动时左侧空出的位补上符号位。
ASR R0, R1, #5 // 将 R1 中的值算术右移 5 位，结果存储到 R0 中
RRX：扩展的循环右移指令，将寄存器中的值向右移动一位，同时将 C 标志位的值作为最低位插入到左侧。
RRX R0, R1 // 将 R1 中的值扩展的循环右移 1 位，结果存储到 R0 中
内存访问指令：
为什么会分别有加载指令和存储指令？
ARM汇编采用RISC架构，CPU本身并不能直接的读取内存，而是需要先将内存中的内存加载进入CPU通用寄存器之中，才能被我们的CPU进行处理。
ldr 读取
ldr r0,=0x12 //将0x12赋值给r0
ldr r0, .lable1 //获得.lable1的地址，存储在r0之中
ldr r0,[r3] // r0 = *r3
ldr r0,[r3,#4] // r0 = *(r3 + 4)
ldr r0,[r3,r2,LSL #2] // r0 = *(r3+(r2 << 2))
str 存储
STR R0，[R1]，＃8 // 将R0中的字数据写入以R1为地址的存储器中，并将新地址R1＋8写入R1。
STR R0，[R1，＃8] // 将R0中的字数据写入以R1＋8为地址的存储器中。”
STR R1, [r0] // 将r1寄存器的值，传送到地址值为r0的（存储器）内存中
ldr与 str 指令的后缀与变种
在32位中会读4个字节 在64位中会读8个字节
读取
ldr
ldrb //读一个字节 一个字节的读取
ldrh //读一个数 两个字节的读取
ldm //批量进行处理 （根据一些组合有着不同的方式，后面写）
存储
str //四字节写入
strb //一个字节写入
strh //两个字节写入
stm // 批量处理
比较寄存器指令
CMP 比较两个操作数的值
CMP r1, #10 ; 比较寄存器 r1 的值和立即数 10
BGT label ; 如果 r1 的值大于 10，则跳转到 label 处
CMN比较两个操作数的值的补码
CMN r2, #5 ; 比较寄存器 r2 的值的补码和立即数 5
BLE label ; 如果 r2 的补码值小于或等于 5，则跳转到 label 处
TST 将两个操作数进行按位与运算，并根据结果设置条件码。
TST r3, #0xFF ; 检查寄存器 r3 的低八位是否全部为 1
BEQ label ; 如果 r3 的低八位全为 1，则跳转到 label 处
TEQ 将两个操作数进行按位异或运算，并根据结果设置条件码。
TEQ r4, #0x80 ; 检查寄存器 r4 的值和立即数 0x80 的异或结果
BNE label ; 如果 r4 的值与 0x80 异或后不为零，则跳转到 label 处
比较值指令
堆栈的指令组合后缀
四种栈的类型：
针对此衍生出了8种后缀：
在理解的时候我们就可以将其拆开理解，比如LDMIA 就是LDM IA 两部分理解一些例子：
从地址 r0 开始读取 4 个字（word），分别存储到 r1-r4 寄存器中，然后将地址 r0 增加 4。
LDMIA r0!, {r1-r4}
将地址 r0 增加 4，然后从新地址开始读取 3 个字，分别存储到 r1-r3 寄存器中。
LDMIB r0, {r1-r3}
从地址 r0 开始读取 2 个字，分别存储到 r1-r2 寄存器中，然后将地址 r0 减少 4，并将读取的最后一个字存储到 lr 寄存器中。
STMFD sp!, {r1-r3, lr}
将 r1-r3 寄存器中的数据存储到地址 sp 指向的存储器中，然后将 sp 减少 16（4 个字），并将 lr 寄存器中的数据存储到新的地址 sp 指向的存储器中。
LDMDB r0!, {r1-r2, lr}
指令中！的作用
一般的，当感叹号 "!" 出现在寄存器名称后面时，就表示在执行指令后会更新该寄存器的值。如果没有！，表示执行指令前不更新该寄存器的值。
ldmia r0, {r2 - r3}
ldmia r0！, {r2 - r3}
这里感叹号的作用就是r0的值在ldm过程中发生的增加或者减少最后写回到r0去，第二句的ldm时会改变r0的值，而第一句，没有!，运行之后不会更新 r0 的值。
指令中^的作用
^的作用：在目标寄存器中有pc时，会同时将spsr写入到cpsr，一般用于从异常模式返回。
ldmfd sp!, {r0 - r6, pc}
ldmfd sp!, {r0 - r6, pc}^
汇编不同写法，对于寄存器的改变(先算括号）
偏移量方法
LDR R0,[R1, #4]
实现的操作：
r0= *(r1 + 4)
事先更新
LDR R0,[R1, #4]!
实现的操作：
r0 = *（r1 + 4)
r1 = r1 +4
事后更新:
LDR R0,[R1], #4
实现的操作：
r0=*r1
r1=r1+4
看雪ID：二木先生
https://bbs.kanxue.com/user-home-979211.htm
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