ARM结构知识点一

一、ARM架构简介

ARM（Advanced RISC Machine）是一种基于RISC（精简指令集计算机）原理的计算机处理器架构。

1.ARM寄存器组

ARM处理器有16个通用寄存器 （R0-R15），（严格来说，R0到R12是通用寄存器）其中每个寄存器都可以存储一个32位的数据。
寄存器并不直接映射到内存地址，因此它们没有特定的内存地址。寄存器是CPU内部的硬件资源，与内存不同，它们不需要通过内存地址访问。具体图为

R0~R12：通用寄存器，用于各种用途，包括传递参数、存储临时数据等。它们都可以用于任何用途，只不过存在一些惯用约定。
R13（SP、Stack Pointer）：栈指针寄存器，指向当前栈顶
- 在函数调用 、局部变量存储 和中断处理时使用。
R14（LR、Link Register）：链接寄存器，用于存储函数调用的返回地址 。
- 在使用BL指令调用子程序时，返回地址会存储在LR中。
- 在子程序结束时，将LR的值加载到PC以返回调用点。
R15（PC，Program Counter）是程序计数器，存储当前指令的下一条指令的地址。
- 每次指令执行后，PC自动更新以指向下一条指令。
- 修改PC的值可以实现跳转和函数调用。
CPSR（Current Program Status Register）：当前程序状态寄存器，存储当前处理器状态，包括条件标志、中断禁用位、处理器模式等。
SPSR (Saved Program Status Register): 保存程序状态寄存器，在异常处理时保存CPSR的值，以便异常处理完成后恢复处理器状态。

2.寄存器的保存和恢复

在嵌套的函数调用中，特别是当函数使用了R4-R11寄存器时，通常需要在进入函数时保存这些寄存器的值，并在函数返回前恢复它们
代码实例

matlab 复制代码

save_registers:
    PUSH {R4-R11}      // 保存R4到R11的值到栈中
    BL some_function   // 调用子函数
    POP {R4-R11}       // 恢复R4到R11的值
    MOV PC, LR         // 返回到调用点

matlab 复制代码

--入栈
PUSH {LR}          // 保存链接寄存器
PUSH {R4-R6}       // 保存R4到R6寄存器
SUB SP, SP, #12    // 为局部变量分配空间（假设3个局部变量，每个4字节）
--返回
ADD SP, SP, #12    // 释放局部变量的空间
POP {R4-R6}        // 恢复R4到R6寄存器
POP {LR}           // 恢复链接寄存器
--如下图

二、RISC（Reduced Instruction Set Computer）特点

1.简单且统一的指令集

指令集简单：RISC处理器使用少量的简单指令，每条指令通常在一个时钟周期内完成。这与CISC（复杂指令集计算机）处理器的复杂多时钟周期指令形成对比。
固定长度的指令：有助于简化指令解码和流水线处理。

2.大量通用寄存器

寄存器优先：RISC架构通常包含大量的通用寄存器，以减少对内存操作的依赖。大多数操作是在寄存器之间进行的，而不是在内存和寄存器之间。
减少内存访问，从而提高了性能。

3. 单周期指令执行

每条指令一个时钟周期：大多数RISC指令在一个时钟周期内完成，使得处理器能够更快地执行指令。
简化的控制逻辑：由于指令的执行时间一致，RISC处理器的控制逻辑比CISC处理器更简单。

4.硬件流水线

流水线技术 ：RISC处理器广泛使用指令流水线，通过将指令的执行过程分解为多个阶段（如取指、解码、执行、访存、写回），使得多个指令可以并行处理，从而提高了指令吞吐量。
优化的流水线设计：RISC架构设计注重优化流水线效率，减少流水线停顿和数据冒险。

5. 加载/存储架构

Load/Store架构：RISC处理器采用加载/存储（Load/Store）架构，只有特定的加载和存储指令可以访问内存。LDR和STR

6.指令并行级

指令并行执行：RISC架构设计强调指令级并行性，通过优化编译器和处理器设计，尽可能地并行执行指令。
延迟槽：一些RISC处理器（如MIPS）使用延迟槽技术，在跳转指令之后执行一条指令，以提高流水线效率。

7. 简化的寻址模式

有限的寻址模式：常见的RISC寻址模式包括立即数寻址、寄存器间接寻址和基址加偏移寻址。

8.优缺点

优点：高性能，低功耗，易于实现和扩展
缺点：代码密度较低，对编译器依赖程度较高

三、一些零散知识点

ARM指令集
指令长度：ARM指令集中的每条指令长度为32位，即4个字节，一行就是ARM指令
指令对齐：ARM指令需要4字节对齐，因为每条指令在内存中都占据4字节。

1.一些常用的伪指令

.bss 伪指令

未初始化数据段：.bss 用于定义未初始化数据段，用于存放程序中未初始化的全局变量。

.data 伪指令

数据段定义：.data 用于定义数据段，在此之后的部分通常包含程序使用的静态数据或初始化数据。

.text 伪指令

指示从此开始的部分是可执行代码。

.end 伪指令

标记汇编代码的结束。

在汇编语言中采用@注释

2.LDR和STR指令一些常见用法

LDR指令用于从内存中加载数据到寄存器中。这是一条将数据从内存复制到寄存器的指令。

matlab 复制代码

<----------
LDR R0,[R1] @将R1指向的内存地址加载数据到R0中。
LDR R0, =0x1000  @ 将立即数0x1000加载到R0
 @使用=符号表示将一个立即数加载到寄存器中，这实际上在汇编过程中生成了一条伪指令。
LDR R0, [R1, #4]  @ 从R1指向的地址加上偏移4处加载数据到R0
LDR R0, [R1, R2]  @ 从R1加上R2的地址处加载数据到R0，允许偏移量由另一个寄存器提供

STR指令用于将寄存器中的数据存储到内存中。这是一条将数据从寄存器写入内存的指令。

matlab 复制代码

------------->
STR R0, [R1]    @将R0中的数据存储到R1指向的内存地址
STR R0, [R1, #8] @将R0中的数据存储到R1加8的内存地址
STR R0, [R1, R2]  @将R0中的数据存储到R1加R2的内存地址,允许偏移量由另一个寄存器提供