汇编基础1：arm交叉编译器的安装及arm寄存器和三级流水线_arm交叉编译工具链安装

1、arm交叉编译器的安装

sudo apt-get install gcc-arm-linux-gnueabihf

2、 arm交叉编译器的移除

sudo apt-get remove gcc-arm-linux-gnueabihf

3、 检验是否安装成功，在 Terminal 输入以下命令输出版本信息

arm-linux-gcc  -v

 4、将可执行程序反汇编

1、arm-linux-gnueabihf-gcc assemble.c -o aa
     arm-linux-gnueabihf-objdump -d aa

2、arm-linux-gnueabihf-gcc  -S assemble.c -o  assemble.s

1. ARM 寄存器组介绍

5、ARM 处理器

ARM 处理器一般共有 37 个寄存器，其中包括：

（1） 31 个通用寄存器，包括 PC（程序计数器）在内，都是 32 位的寄存器。

（ 2 ） 6 个状态寄存器，都是 32 位的寄存器。

ARM 处理器共有 7 种不同的处理器模式：

         用户模式（User），快速中断模式（FIQ），普通中断模式（IRQ），管理模式（Svc），数据访问中止模式（Abort），未定义指令中止模式（Und），系统模式（Sys），

         在每一种处理器模式中有一组相应的寄存器。在任意一种处理器模式下，可见的寄存器包括 15 个通用寄存器（R0~R14）、一个或者二个状态寄存器以及程序计数器（PC）。在所有的寄存器中，有些是各模式共用同一个物理寄存器，有些寄存器是各个模式自己拥有独立的物理寄存器 

       其中 r0~r3 主要用于子程序间传递参数， r4~r11 主要用于保存局部变量，但在 Thumb 程序中，通常只能使用 r4~r7来保存局部变量； r12 用作子程序间scratch 寄存器，即 ip 寄存器； r13 通常用做栈指针，即 sp； r14 寄存器又被称为连接寄存器（lr），用于保存子程序以及中断的返回地址； r15 用作程序计数器（pc），由于 ARM 采用了流水线机制，当正确读取了 PC 的值后，该值为当前指令地址加 8 个字节，即 PC 指向当前指令的下两条指令地址。

      CPSR和SPSR都是程序状态寄存器，其中SPSR是用来保存中断前的CPSR中的值，以便在中断返回之后恢复处理器程序状态。

2.CPSR寄存器详解

 

         所有处理器模式下都可访问当前程序状态寄存器CPSR。CPSR中包含条件码标志、中断禁止位、当前处理器模式以及其他状态和控制信息。在每种异常模式下都有一个对用的程序状态寄存器SPSR。当异常出现时，SPSR用于保存CPSR的状态，以便异常返回后恢复异常发生时的工作状态。

(1)条件码标志

N、Z、C、V，最高4位称为条件码标志。ARM的大多数指令可以条件执行的，即通过检测这些条件码标志来决定程序指令如何执行。

各个条件码的含义如下：

N：在结果是有符号的二进制补码情况下，如果结果为负数，则N=1；如果结果为非负数，则N=0。

Z：如果结果为0，则Z=1;如果结果为非零，则Z=0。

C：其设置分一下几种情况：

               对于加法指令（包含比较指令CMN），如果产生进位，则C=1;否则C=0。

               对于减法指令（包括比较指令CMP），如果产生借位，则C=0;否则C=1。

               对于有移位操作的非法指令，C为移位操作中最后移出位的值。

               对于其他指令，C通常不变。

V：对于加减法指令，在操作数和结果是有符号的整数时，如果发生溢出，则V=1;如果无溢出发生，则V=0;对于其他指令，V通常不发生变化。

(2)控制位的作用在图1中可以看出，在这里就不阐述了。

二：CPSR与CPSR_c的区别

      CPSR_c指的是CPSR的低8位控制位

      CPSR有4个8位区域：标志域（F）、状态域（S）、扩展域（X）、控制域（C）

      MSR - Load specified fields of the CPSR or SPSR with an immediate constant, or from the contents of a general-purpose register.

     Syntax:

     MSR{cond} <psr>_<fields>, #immed_8r MSR{cond} <psr>_<fields>, Rm where: cond is an optional condition code. <psr> is either CPSR or SPSR. <fields> specifies the field or fields to be moved. <fields> can be one or more of:

c control field mask byte (PSR[7:0]) x extension field mask byte (PSR[15:8]) s status field mask byte (PSR[23:16) f flags field mask byte (PSR[31:24]). immed_8r is an expression evaluating to a numeric constant. The constant must correspond to an 8-bit pattern rotated by an even number of bits within a 32-bit word. Rm is the source register.

      C 控制域屏蔽字节(psr[7:0])
      X 扩展域屏蔽字节(psr[15:8])
      S 状态域屏蔽字节(psr[23:16])
      F 标志域屏蔽字节(psr[31:24])
常用于MRS或MSR指令,用于psr中的值转移到寄存器或把寄存器的内容加载到psr中.
如:

MSR CPSR_c，＃0xd3

6、三级流水线

流水线使用三个阶段，因此指令分为三个阶段执行：1.取指（从存储器装载一条指令）；2.译码（识别将要被执行的指令）；3.执行（处理指令并将结果写回寄存器）。

而R15（PC）总是指向“正在取指”的指令，而不是指向“正在执行”的指令或正在“译码”的指令。一般来说，人们习惯性约定将“正在执行的指令作为参考点”，称之为当前第一条指令，因此PC总是指向第三条指令。当ARM状态时，每条指令为4字节长，所以PC始终指向该指令地址加8字节的地址，即：PC值=当前程序执行位置+8；

其余流水线类比此处。

ARM流水线概述

流水线技术通过多个功能部件并行工作来缩短程序执行时间，提高处理器核的效率和吞吐率，从而成为微处理器设计中最为重要的技术之一。ARM7处理器核使用了典型三级流水线的冯·诺伊曼结构，ARM9系列则采用了基于五级流水线的哈佛结构。通过增加流水线级数简化了流水线各级的逻辑，进一步提高了处理器的性能。

ARM7的三级流水线在执行单元完成了大量的工作，包括与操作数相关的寄存器和存储器读写操作、ALU操作以及相关器件之间的数据传输。执行单元的工作往往占用多个时钟周期，从而成为系统性能的瓶颈。ARM9采用了更为高效的五级流水线设计，增加了2个功能部件分别访问存储器并写回结果，且将读寄存器的操作转移到译码部件上，使流水线各部件在功能上更平衡；同时其哈佛架构避免了数据访问和取指的总线冲突。

然而不论是三级流水线还是五级流水线，当出现多周期指令、跳转分支指令和中断发生的时候，流水线都会发生阻塞，而且相邻指令之间也可能因为寄存器冲突导致流水线阻塞，降低流水线的效率。本文在对流水线原理及运行情况详细分析的基础上，研究通过调整指令执行序列来提高流水线运行性能的方法。

ARM三级流水线

 

ARM7三级流水线结构

 

ARM7三级流水线状态

 

ARM7三级流水线举例

从上图，其实很容易看出，第一条指令：

add r0, r1,$5

执行的时候，此时PC已经指向第三条指令：

cmp r2,#3

的地址了，所以，是PC=PC+8。