學組語的目的，不見得是為了改善效能，而是：

• 判斷 optimizing compiler 產生的機械碼是否正確
• gcc 和 clang/llvm 引入大量的最佳化技術，已很難光看原始程式碼，去推知最終生成的機械碼
  [ARM 指令 Jserv 筆記中有提起]

在開始深入探討前，先來看看ARM 的 Memory system

ARM Memory Systeam

• memory 是一個 linear array of bytes addressed，範圍從 0 ~ 2^32^ -1
• 有 word, half-word, byte 三種形式
• 採用Little Endian
  

Assebbler Language:Basic Syntax

label
    opcode operand1, operand2, ...; Comments

• lable 可有可無，通常用來當作地址的標記
• opcode 指令的操作碼
• operand 第一個operand是指令結果的destination，不同指令則有所不同個operand，例如立即數表示為 #number

MOV R0, #0x12 ; Set R0 = 0x12 (hexadecimal)
MOV R1, #'A' ; Set R1 = ASCII character A

• Comments 為註解，使用"；" 開頭
• 使用 EQU 來定義常數

NVIC_IRQ_SETEN0 EQU 0xE000E100 
NVIC_IRQ0_ENABLE EQU 0x1

• Pseudo-instruction 是一個簡單版的組語指令，沒有直接等價於機器語言，在組譯過程中會被翻譯成一或多個機器指令

LDR R0,=NVIC_IRQ_SETEN0; ; LDR here is a pseudo-instruction that
                         ; convert to a PC relative load by
                         ; assembler.
MOV R1,#NVIC_IRQ0_ENABLE ; Move immediate data to register
STR R1,[R0]              ; Enable IRQ 0 by writing R1 to address
                         ; in R0

ARM Instruction Sets

可分成三大項:

• Data processing
  • move
  • arithmetic
  • logical
  • comparison
  • multiply
• Data movement (memory access)
• Flow control

Data processing

資料處理指令包含對資料做 移動、算數、邏輯、比較、乘法 的指令

Arithmetic operations

• ADD 指令將 Operand2 或 imm12 的值與 Rn 中的值相加。
• ADC 指令將 Rn 和 Operand2 中的值與進位標誌相加。
• SUB 指令從 Rn 中的值中減去 Operand2 或 imm12 的值。
• SBC 指令從 Rn 中的值中減去 Operand2 的值。 如果進位標誌清零，則結果減一。
• RSB 指令從 Operand2 的值中減去 Rn 中的值。
• Example:

ADD    r0, r1, r2    ; r0 := r1 + r2
ADC    r0, r1, r2    ; r0 := r1 + r2 + C
SUB    r0, r1, r2    ; r0 := r1 - r2
SBC    r0, r1, r2    ; r0 := r1 - r2 + C - 1
RSB    r0, r1, r2    ; r0 := r2 - r1
RSC    r0, r1, r2    ; r0 := r2 - r1 + C - 1

Bit-wise logical operations

• Bitwise intersection (and)
  • AND r0, r1, r2 ; r0 := r1 and r2
• Bitwise union (or)
  • ORR r0, r1, r2 ; r0 := r1 or r2
• Bitwise exclusive (xor)
  • EOR r0, r1, r2 ; r0 := r1 xor r2
• Unary bitwise inverse
  • BIC r0, r1, r2 ; r0 := r1 and not r2

Register movement operations:

• 在 register 和 register 之間移動數據
• 在 register 和 memory 之間移動數據
• 在 special register 和 register 之間移動數據
• 將立即值移入 register

在ARM 的指令中加了許多條件執行的後綴

Comparison operations:

• 大多數的ARM 的Banch指令都是根據APSR/CPSR 決定是否轉移
  

data processing 指令可以更新 PSR

• Example:

CMP R0, R1 ; Calculate R0 – R1 and update flag
CMP R0, #0x12 ; Calculate R0 – 0x12 and update flag
CMN R0, R1 ; Calculate R0 – (-R1) and update flag
CMN R0, #0x12 ; Calculate R0 – (-0x12) and update flag
TST R0, R1 ; Calculate R0 AND R1 and update flag
TST R0, #0x12 ; Calculate R0 AND 0x12 and update flag

Immediate operands:

• Example:

ADD    r3, r3, #1    ; r3 := r3 + 1
AND    r8, r7, #&ff  ; r8 := r7[7:0]

• 我們知道指令都是 32 bit 當我們想載入32-bit 該怎麼做?

load_32bit:
ldr r0, [pc #0] ;請注意: pc 位於目前位址向前 8 bytes 的地方
bx lr
.word 0xDEADBEEF

• 在 ARMv7 後，引入兩個步驟的指令來載入數值: movw, movt

movw r0, #0xbeef  ; r0 = 0x0000beef
movt r0, #0xdead ; r0 = deadbeef

• GNU as 給予便利的寫法

.equ label, 0xDEADBEEF
movw r0, #:lower16:label
movt r0, #:upper16:label

Shifted register operands：

• Logical Shitf Right/Left 一律都是把多出來的位數填０
• Arithmetic Shift Right 需考慮到singed的屬性，假設最高是1，則填補1，反之最高是0，則填補0。
• ROR 按值循環的Register內容的值
• RRX 被移位指令拋出的bit被放入 C Flag中，C Flag 的值會被移入 bit[31]中。

先介紹到這 明天繼續介紹剩下的指令集

參考資料

ARM指令

ARM Instruction Set

Definitive Guide To the ARM Cortex-M3