ARM的BX指令

mutougeda · 发表于 2020-10-14 15:37

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x

bx的语法格式
BX{<cond>} ＜Rm＞
＜cond＞为指令执行的条件码。当＜cond＞忽略时指令为无条件执行。
＜Rm＞该寄存器中为跳转的目标地址。当<Rm>寄存器的bit[0]为0时，目标地址处的指令为ARM指令；
当<Rm>寄存器的bit[0]为1时，目标地址处的指令为Thumb指令。

看一段简单程序的片段，不用考虑省略号的内容，看框架就可以了！

EXPORT LEDTEST
AREA testasm,CODE,READONLY
CODE32
LEDTEST
。。。。。。。。。。
。。。。。。。。。
。。。。。。。。
。。。。。。。。。
。。。。。。。。。。。
ledon
...............
...............
。。。。。。。。。。。。
。。。。。。。。。。。
adr r4,delay1+1
bx r4

ledoff
..............
...............
.............
.............
.............
..............

AREA testasm,CODE,READONLY
CODE16
delay1
............
...........
.............
ldr r1,＝ledoff
bx r1
........
.............
.............
END

关于delay1＋1：
ARM指令是字对齐（指令的地址后两位为［1:0]=0b00），Thumb是半字对齐（指令的地址后两位为［1:0]=0bx0,x为0或1）。指令的地址的最后一位必为0。
因此bx（不管往ARM还是往Thumb跳转）的跳转指令必须保证指令地址的最后一位为0，上例中bx指令能自
动地将目标地址值置为r4的值和0xFFFFFFFE的与后的结果，就会使指令地址的最后一位必为0了。
那么delay＋1的这个1不就被0与掉了么，就没有什么作用了？其实，在执行bx指令时，它是首先判
断指令地址的后一位为0或1（这样就知道要跳转的地方是ARM还是Thumb指令。0跳转arm，1跳转thumb。），然后再PC＝r4 AND 0xFFFFFFFE。这样，当我们需要要跳转到Thumb指令处执行时，必须将指令地址的最后以为置1。
而bx再跳转到ARM指令时就无需考虑这些了，就不用像上面的+1处理了。

关于字对齐和半字对齐

什么叫对齐。如果一个数据是从偶地址开始的连续存储，那么它就是半字对齐，否则就是非半字对齐；半字对齐的特征是bit0=0,其他位为任意值。字对齐的特征是bit1=0,bit0=0 其他位为任意值。如果一个数据是以能被4 整除的地址开始的连续存储，那么它就是字对齐，否则就是非字对齐。举例说明四字节对齐：对内存进行操作时，被访问的地址必须为4的倍数。如果分配到的地址不是4的倍数时，CPU实际访问的地址还是按照字对齐的方式来操作。也就是自动屏蔽bit1和bit0.

什么是对齐，以及为什么要对齐：
现代计算机中内存空间都是按照byte划分的，从理论上讲似乎对任何类型的变量的访问可以从任何地址开始，但实际情况是在访问特定变量的时候经常在特定的内存地址访问，这就需要各类型数据按照一定的规则在空间上排列，而不是顺序的一个接一个的排放，这就是对齐。

对齐的作用和原因：

各个硬件平台对存储空间的处理上有很大的不同。一些平台对某些特定类型的数据只能从某些特定地址开始存取。其他平台可能没有这种情况，但是最常见的是如果不按照适合其平台要求对数据存放进行对齐，会在存取效率上带来损失。比如有些平台每次读都是从偶地址开始，如果一个int型（假设为32位系统）如果存放在偶地址开始的地方，那么一个读周期就可以读出，而如果存放在奇地址开始的地方，就可能会需要2个读周期，并对两次读出的结果的高低字节进行拼凑才能得到该int数据。显然在读取效率上下降很多。这也是空间和时间的博弈。
对齐的实现
通常，写程序的时候，不需要考虑对齐问题。编译器会替我们选择适合目标平台的对齐策略。可以给编译器传递预编译指令而改变对指定数据的对齐方法。

char a char a

short b char c

char c short b

int d int d

ARM体系中对齐的使用:
1.__align(num)
         这个用于修改最高级别对象的字节边界。在汇编中使用LDRD或者STRD时
就要用到此命令__align(8)进行修饰限制。来保证数据对象是相应对齐。
这个修饰对象的命令最大是8个字节限制,可以让2字节的对象进行4字节
对齐,但是不能让4字节的对象2字节对齐。
__align是存储类修改,他只修饰最高级类型对象不能用于结构或者函数对象。

2.__packed
__packed是进行一字节对齐
(1).不能对packed的对象进行对齐
(2).所有对象的读写访问都进行非对齐访问
(3).float及包含float的结构联合及未用__packed的对象将不能字节对齐
(4).__packed对局部整形变量无影响
(5).强制由unpacked对象向packed对象转化是未定义,整形指针可以合法定义为packed。
   __packed int* p; //__packed int 则没有意义
(6).对齐或非对齐读写访问带来问题
_packed struct STRUCT_TEST
{
char a;
int b;
char c;
} ;    //定义如下结构此时b的起始地址一定是不对齐的
      //在栈中访问b可能有问题,因为栈上数据肯定是对齐访问[from CL]
//将下面变量定义成全局静态不在栈上
static char* p;
static struct STRUCT_TEST a;
void Main()
{
      __packed int* q; //此时定义成__packed来修饰当前q指向为非对齐的数据地址下面的访问则可以

      p = (char*)&a;
      q = (int*)(p+1);
/*
      *q = 0x87654321;
      ldr    r5,0x20001590 ; = #0x12345678
      [0xe1a00005] mov    r0,r5
      [0xeb0000b0] bl    __rt_uwrite4 //在此处调用一个写4byte的操作函数

      [0xe5c10000] strb    r0,[r1,#0] //函数进行4次strb操作然后返回保证了数据正确的访问
      [0xe1a02420] mov    r2,r0,lsr #8
      [0xe5c12001] strb    r2,[r1,#1]
      [0xe1a02820] mov    r2,r0,lsr #16
      [0xe5c12002] strb    r2,[r1,#2]
      [0xe1a02c20] mov    r2,r0,lsr #24
      [0xe5c12003] strb    r2,[r1,#3]
      [0xe1a0f00e] mov    pc,r14
*/

/*
      //如果q没有加__packed修饰则汇编出来指令是这样直接会导致奇地址处访问失败
      [0xe59f2018] ldr    r2,0x20001594 ; = #0x87654321
      [0xe5812000] str    r2,[r1,#0]
*/

      //这样可以很清楚的看到非对齐访问是如何产生错误的
      //以及如何消除非对齐访问带来问题
      //也可以看到非对齐访问和对齐访问的指令差异导致效率问题

先看一个小程序
#include<stdio.h>
struct t1
{
char a;
int b;
char c;
};

struct t2
{
char a;
char b;
int c;
};

void main()
{
printf("%d/n",sizeof(struct t1));
printf("%d",sizeof(struct t2));
}

按一般来说，结构体t1和t2的大小应该是一样的，但在很多编译器中，显示出的结果是不一样的，如我用的VS 2010，t1的大小为12字节，t2 为8字节，为什么会出现这样的结果呢？这其中有个东西就叫字对齐。
据说很多公司在面试中都考过这个问题，有一年威盛也考过。。。
字对齐，是昨天在看ARM的时候看到的，一般是4个字节为一个单位进行对齐，怎样对齐的呢？有点像平时我们写文档用的右对齐之类的，不一样的就是，句子可以换行写，但一个变量的存储，不是那种本身很长的，一般是不换行的，例如上面的例子，将空的内存看作
oooo
oooo
oooo
t1中为a分配内存，用一个字节，内存变为
xooo
oooo
oooo
然后进行b的内存分配，在VS中，int占4个字节，但第一行只有3个字节空的了，所以就换行对齐，内存变为
xooo
xxxx
oooo
最后为c分配，变成
xooo
xxxx
xooo
总共占用内存就是每行4个字节x3行=12字节。
在t2中
内存同样为
oooo
oooo
oooo
为a分配时，同样是
xooo
为b分配时，由于第一行的长度能满足b所以b还是在第一行，内存为
xxoo
oooo
oooo
为c分配时，第一行已经不够，就换到第二行，
xxoo
xxxx
oooo
这样第三行就没用到，所占的内存就是每行4个字节x2行=8个字节。

这就是我所理解的字对齐，至于为什么，我想，应该是方便32位机操作吧，32位刚好就是4个字节，这样可以尽量使数据的读取用一次总线操作就完成，int是4个字节，32位，如果不用字对齐，读取一个int，可能第一次就只能读出高位那部分，然后通过移位将数据的高位移到寄存器的高位，再读出低位，再对第二次读取的高位屏蔽，再进行或操作，效率不高。同样，类似于char型和short型数据，读取了后还是会进行寄存器移位操作，这一点可以通过编译生成的汇编语句得到证实，这也就是为什么在某些系统，如嵌入式系统中，char的效率不如int高的原因了。
另外，半字对齐和字对齐差不多，只是它的单位是2个字节吧，因为有的嵌入式系统是16位的。

SsaaM7 · 发表于 2020-10-14 16:07

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