将非常简单的 ARM 指令转换为二进制/十六进制

Question

我一直在尝试使用 this page 以及其他各种指南来弄清楚如何将非常简单的 ARM 指令表示为二进制和十六进制。对我来说这似乎应该是一个简单的过程，但我仍然不明白。这里有几个例子。

基本 NOP：

       what goes here?          what goes here?
             _↓_                  _____↓____
            |   |                |          |
mov r0, r0 ; ????00?1101?????????????????????
                         |__||__|
                          ↑    ↑
                 how do I express registers?

其他人也有同样的基本问题。

比较两个寄存器：

cmp r1, r0

将立即数添加到寄存器值：

add r0, #0x1a

所有这些在线教程都很好地描述了如何使用这些指令，但我无法找到真正了解如何将 ARM 指令转换为二进制/十六进制/机器代码的教程.

提前感谢您的帮助。

Answer 1

以下是数据处理指令的编码方式：

您的该页面中有条件代码表。寄存器编码为0000 到1111。

您的所有示例都属于同一类别。图片是从我硬盘上的某个文档中提取的，但我也设法通过google 找到它。编写这些指令是一项乏味的工作。

所以，mov r0, r0 应该是这样的：

1110 00 0 0 1101 0000 0000 00000000

我将 Rn 设为 0，因为它实际上不适用于 MOV。如果是CMP，我相信S 总是1。

Answer 2

首先，您需要 infocenter.arm.com 上的 ARM 架构参考手册 (ARM ARM)，参考手册，获取最旧的（armv5 或其他）。指令集在那里定义良好。

其次，你为什么不组装一些指令，看看会发生什么？

;@test.s
cmp r1, r0
add r0, #0x1a

无论你有什么交叉汇编器（请参阅 build gcc 目录中的 http://github.com/dwelch67/raspberrypi 以获取脚本，只需通过该脚本中的 binutils 运行）

arm-none-linux-gnueabi-as test.s  -o test.o
arm-none-linux-gnueabi-objdump -D test.o

arm-none-linux-gnueabi vs arm-none-elf vs arm-elf 等等都无所谓，都一样

Disassembly of section .text:

00000000 <.text>:
   0:   e1510000    cmp r1, r0
   4:   e280001a    add r0, r0, #26

完整的 32 位 arm 指令（不是 thumb）的前四位是条件代码，请参阅 ARM ARM 中的条件字段部分。 0xE 表示总是，总是执行这条指令。 0b0000 是 eq 仅在设置了 z 标志时执行，0b0001 ne 仅在 z 清零时执行，等等。

在ARM ARM中推入arm指令集，然后按字母顺序排列arm指令，然后找到cmp以cond 00I10101 rn sbz shifter开头

从上面的 cmp 指令中，我们看到 1110 000101010001 ... 所以 I 是零位 15:12 是零位 27:26 是零位和 24:21 是 1010 所以这是一条 cmp 指令

上面的 19 到 16 位是 0b001，它是 rn，所以 rn = 1 (r1) 用于 ARM ARM 中的移位器操作数，它告诉您查看寻址模式 1 数据处理操作数，并在 pdf 中有指向页面的链接

我们知道我们希望第二个操作数只是一个寄存器，也就是所谓的数据处理操作数——寄存器和一个页码，转到那个页上的那个页 15:12 是 rd 11:4 是零和 3： 0 是 rm。我们从 cmp 指令中知道它说 15:12 应该为零，我想知道它是否在乎， cmp 不会将结果存储到寄存器中，因此不使用 rd 。 rm 被使用，在这种情况下我们想要 r0，所以 0b0000 进入 3:0 还要注意它显示位 27:25 为零，在 cmp 指令中 25 是 I，我们现在知道我们想要一个零，所以

在cmp页面和这个数据处理-注册页面之间我们有全貌

1110 condition
000 
1010 opcode
1 S (store flags, that is a 1 for a cmp to be useful)
0001 rn
0000 rd/dont care/sbz
00000
000
0000 rm

cmp rn,rm
cmp r1,r0

add 类似，但使用立即数，因此请转到 alpha 指令列表中的 add 指令。我们现在从 cmp 知道 24:21 是此类指令的操作码，我们几乎可以直接进入移位器操作数的内容以从那里继续

这次我们在做 add rd,rn,#immediate

所以寻找#immediate 的页面

编码是

1110 condition, always
001 (note the immediate bit is set)
0100 (opcode for add for this type of instruction)
0 (S not saving the flags, it would be adds r0,r0,#26 for that)
0000 (rn = r0)
0000 (rd = r0)

现在有趣的部分来了，我们可以对 26 种不同的方式进行编码。位 7:0 是立即数，位 11:8 允许旋转立即数，26 是 0x1A，我们可以简单地将 0x1A 放在低 8 位并将旋转设置为 0，这就是 gnu 汇编程序所做的。可能会在低 8 位中放置一个 0x68，在 rotate_imm 字段 1101000 中放置一个 1，向右旋转 1*2 位是 11010 = 0x1A = 26。

Answer 3

你应该得到一份 ARM ARM 的副本，它描述了所有指令的编码。

大多数 ARM 指令使用高 4 位作为条件代码。如果您不想有条件地运行指令，只需使用伪条件 AL (1110)。

编码中的第一个寄存器 (Rn) 不用于 MOV 指令，它应设置为 ARM ARM 定义的 0000。

第二个寄存器是目的地，在这里您只需对寄存器号进行编码，因此在您的情况下它也是 0000，因为您使用 r0 作为目的地，对于 r4 它将是 0100。

余数就是所谓的移位操作数，非常灵活。它可能是一个简单的寄存器，如您的情况（r0）然后它只是 0000 0000 0000 ，其中最后 4 位再次对寄存器进行编码。它还可以对不同类型的移位和旋转进行编码，并使用寄存器或立即值进行数据处理。

但它也可以是立即数，其中 8 位在底部位中编码，前 4 位定义以 2 位步长的右循环。在这种情况下，bit25 也将为 1，在所有其他情况下为 0。