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ARMv8指令集介绍
- A64指令集只能运行在aarch64
所有A64汇编都是32 bits宽的
- 关注指令的使用、有什么limitation
- A64能访问的地址数据是64位宽的
A64支持全部的大写或者小写方式
- ARM官方大写
- 应用使用小写
寄存器命名
- Wn表示32bits宽的寄存器
- Xn表示64bits宽的寄存器
- WZR表示32位内容全为0的寄存器
- XZR表示64位内容全为0的寄存器
- ...
LDR指令
LDR Xd, [Xn, $offset]
- 【释义】:将Xn寄存器中存储的地址+offset地址偏移存 组成一个新的地址,把这个地址里面存储的值放在Xd寄存器中。[]有取地址内存储的数值的含义。
【示例】:
- S1: 使用MOV指令把0x80000加载到X1寄存器:
MOV x1, 0x80000
(如果是一个数,而非#0x80000, 则是一个地址) - S2: 使用MOV指令把16数值加载到X3寄存器:
MOV x3, 16
- S3: 使用LDR指令读取X1地址里面存储的值,存储到X0中:
LDR x0,[x1]
, 这个不允许->LDR x2,[0x80000]
- S4:使用LDR指令读取X1 + 8地址里面存储的值,存储到X2中:
LDR x2,[x1, #8]
- S5:使用LDR指令读取(X1 + X3)地址里面存储的值,存储到X4中:
LDR x4,[x1, x3]
- S6: 使用LDR指令读取(X1+(X3<<3))地址里面存储的值,存储到X5中:
LDR x5,[x1,x3,lsl #3]
- S1: 使用MOV指令把0x80000加载到X1寄存器:
【注意】:
- 给的数不加任何标志的视为地址
- 需要给立即数的场景而非地址的值,使用#
- []有取地址值的意思
- LDR lsl扩展指令,只支持1和3
LDR x2,[x1, #8]
x1的值不会被更新为0x80008
【变基模式】:
前变基模式 pre-index: 先更新偏移地址,后访问地址 (注意有叹号!表示)
LDR x6, [x1, #8]!
: 将x1里面的地址增加偏移#8并赋给x1,最后将新的x1寄存器内的地址的值给x6寄存器后变基模式 post-index: 先访问内存地址,再更新偏移地址
LDR x6, [x1], #8
: 将x1寄存器内的地址的值赋给x6寄存器,并将x1地址偏移+8。
【伪指令】:
伪指令与指令的最大不同在于,伪指令属于编译器处理的范畴,伪指令会被编译展开为多条指令;指令是CPU处理的命令的最小单元。
LDR x7,=0x80000
-> 等同于 MOV x7, 0x80000- 需要区别
LDR x7, 0x800000
; 这条指令的意义是,将当前PC寄存器的地址的 + 0x80000的偏移,取出地址内容填充到x7寄存器中。
STR指令
从一个寄存器的值吐到内存中,支持立即数和寄存器操作。把Xd的值,存储到[xn|sp]里面。
immediate-post-index: STR Xd, [Xn|SP], #<simm>
immediate-pre-index: STR Xd, [Xn|SP, #<simm>]!
【示例】:
; Example 1: MOV x2, 0x400000 ; -> x2 is 0x400000 LDR x6, =0x1234abce ; -> x6 is 0x1234abce STR x6, [x2, #8]! ; -> 把x6的值(0x1234abce),存储到0x400008地址的内存里面 ; What's value of x2? And the value in 0x400000 address? ;Example 2: MOV x2, 0x500000 ; -> x2 is 0x500000 STR x6, [x2], #8 ; -> 把x6的值(0x1234abce),存储到0x500000里面,并将x2寄存器变为0x500008 ; What's value of x2? And the value in 0x400000 address?
MOV/MOVZ指令
MOV底层原理实际上是MOVZ,MOV 16-bit的立即数到寄存器。
MOV xd, #<imm>
16位立即数
MOVZ xd, #<imm16>, LSL #<shift>
16位的立即数,逻辑左移动 16,32,48位
LDP/STP指令
相比于LDR和STR指令(8 bytes),LDP和STP指令用于多字节(16 bytes)操作,
【释义】:
- LDP :
LDP x3, x7, [x0]
-> 从x0的值为基地址,加载地址到X3寄存器,存储x0+8到x7寄存器。 - STP :
STP x1, x2, [x4]
-> 以x4的值为基地址,存储x1地址的值到x4,存储x2地址的值到x4 + 8。
【练习】:
练习1: 使用LDR和STR多字节加载和存储命令实现memset()函数,假设内存地址s是16字节对齐,count也是16字节对齐。例如:memset(0x200000, 0x55, 32)
// memset_a_byte
void *memset_a_byte (void *s, int c) {
char *xs = s;
*xs++ =c;
return s;
}
// 使用STR指令,单字节操作
.global my_memset_test:
my_memset_test:
// 保存地址s到x1寄存器,保存c的值到x2寄存器,保存长度到x3寄存器
MOV x1, 0x2000000 // 这个值是需要被修改的 肯定需要STP
MOV x2, 0x55 // 这个是个固定的参数
ADD x0, x1, 32
// 确定原子操作 向地址写值,然后地址增加
wrt:
STR x2, [x1], #8 // 把x2里面的值存储到x1里面(0x55 -> 0x200000),接着0x200008加一
cmp x1, x0
b.cc wrt
ret
// 使用STP指令,双字节操作
.global my_memset_test:
my_memset_test:
// 保存地址s到x1寄存器,保存c的值到x2寄存器,保存长度到x3寄存器
MOV x1, 0x2000000 // 这个值是需要被修改的 肯定需要STP
MOV x2, 0x55 // 这个是个固定的参数
ADD x0, x1, 32
// 确定原子操作 向地址写值,然后地址增加
wrt:
STP x2, x2, [x1], #16 // 把x2里面的值存储到x1里面(0x55 -> 0x200000),接着0x200008加一
cmp x1, x0
b.cc wrt
ret
练习二:同上,使用非对齐的memset(0x200004, 0x55, 37)
// 需要汇编和C语言混合编程实现对于非16字节对齐的地址和长度进行memset操作
// 汇编实现一个16字节的memset
// C语言用于对非对齐部分进行C语言单字节的处理,用汇编实现16字节对齐地址和16字节对齐长度的处理。
// 函数调用为 memset(0x200004, 0x55, 37)
.global asm_memset_16_byte_align:
asm_memset_16_byte_align:
ADD x4, x0, x2
wrt:
STP x1, x1, [x0], #16
CMP x0, x4
b.cc wrt
ret
void *memset (void *s, int c, int count)
{
int align = 16;
if (s & (align - 1)) {
// 处理非对齐地址
}
// 对齐部分直接调用 asm_memset_16_byte_align(s, c, l);
// 非对齐部分直接c语言指针访问赋值。
}
一些需要注意的地方
FAQ1:加载一个很大的数值到通用寄存器,例如0xFFFF0000FFFF0000, 使用MOV指令,是否正确?
错误,MOV 后面的立即数为16-bit,应该是使用LDR x1,=0xFFFF......0000 伪指令来加载大数。
FAQ2:加载一个寄存器的值,使用移位:MOV x1, (1<<0) | (1<<2)|(1<<20)|(1<<40)|(1<<55)
错误,同样是MOV立即数16-bit,使用LDR x1, = (1<<0)|......|(1<<55).
FAQ3: 字符串的LDR指令
string1: .string "Booting at EL" LDR x0, string1 // 加载string1字符串的ascii码值到寄存器,最高限制在X寄存器大小也就是 64-bit,如果是W寄存器就是32-bit LDR x1, =string1 // 加载string1字符串的地址到x1
FAQ3: 定义数据LDR指令
my_data: .word 0x40 LDR x0, my_data //加载0x40到X0,等同于MOV x0,0x40 前提是不超过16bits LDR x1, =my_data //加载存储my_data的地址到x1
一种易错的死机状态: 树莓派4b上面的寄存器都是32bit的,下面代码配置26到U_IBRD_REG寄存器,有什么问题?
LDR x1, =U_IBRD_REG MOV x2, #26 STR x2, [x1] //正确写法: LDR w1, =U_IBRD_REG MOV w2, #26 STR w2, [w1]
错误点在于树莓派4b寄存器访问都是32bit的,现在使用X寄存器,为64位的寄存器,应该使用W寄存器,32位寄存器访问。
GDB-Tips
启动GDB和QEMU链接
> gdb-multiarch --tui benos.elf
gdb> c
gdb> target remote localhost:1234
gdb> b ldr_test
// 设定断点gdb> c
gdb> next
//下一步gdb> info register
// 查看所有寄存器gdb> info x1 x2 x3
// 查看x1/x2/x3寄存器gdb> x 0x80000
// 读取内存0x80000值 32位gdb> x/xg 0x80000
// 读取内存0x80000值64位
**粗体** _斜体_ [链接](http://example.com) `代码` - 列表 > 引用
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