常见ARM汇编指令介绍
ARM 指令介绍
- 指令的基本格式
<opcode>{<cond>}{S} <Rd>,<Rn>{,<opcode2>}，{}表示可选项 - 说明
- opcode 指令助记符，如LDR，STR等
- cond 执行条件，如EQ，NE等
- S 是否影响CPSR寄存器的值，书写时影响CPSR，否则不影响
- operand2 第二个操作数
- Rd (Destination) 目的寄存器，存放最终结果
- Rn (Operand N) 第一源寄存器，第一个操作数 / 基地址
- Rm (Operand M) 第二源寄存器，第二个操作数 / 可被移位
- Rt (Target) 目标寄存器，内存传输的数据源或目的地
- Ra (Accumulate) 累加寄存器，在乘法运算中用于累加
汇编常用指令
简单说明几个不同种类常见汇编指令。指令的详细介绍、参数说明与例子 见《常用ARM指令集及汇编》
跳转指令
B (Branch)
BL带链接的无条件跳转。即跳转前会保存当前的地址，跳转部分指令执行完成会回到该地址。链接的保存可见本文 # 通过寄存器确定函数调用 中寄存器列表R14的说明BX带状态切换的无条件跳转。arm指令集下，CPSR中T标识位为0；thumb指令集下，T标识位为1。 观察每条指令间的地址差值 可判断当前为ARM指令（4字节） or thumb指令
存储器与寄存器交互指令
LDR与STR
LDR <待加载寄存器> <数据地址>(Load from memory into a regisiter) 从存储器中加载数据到寄存器，赋值方向<-。eg：将R9+0x4指向的存储单元内的数据加载到R8中。其中[]意为取值，类似指针中的*。与立即数的操作 不会修改参数寄存器内的值 。该方法为基址寻址，常用于查表等操作。详见《常用ARM指令集及汇编》基址寻址章节; 将寄存器中的数据作为地址，找到指定位置的数据存储到R3寄存器中 LDR R3 [R0] ; IDA动态调试查看R0中数据为415E6F98，点击数值后方的箭头跳转到目标位置，发现如下数据 ; 415E6F98 DCB 0xE8 ; 415E6F99 DCB 0x63 ; 415E6F9A DCB 0x5B ; 415E6F9B DCB 0x41 ; ARM指令4字节数据写入R3，R3中数据为 0x415B63E8 (小端存储，低地址为低位) ; 先与立即数进行计算后取值，不会修改R9内的值 LDR R8,[R9,#4] ; 将 sp寄存器的值 + (#0x10+var_4) 的值所指向地址内的数据值 赋值给LR寄存器 不会修改SP指针内的值 LDR LR, [SP,#0x10+var_4]STR <数据寄存器> <待存储地址>将寄存器中数据存储到存储器，赋值方向->。 eg：将R8寄存器中的数据存储到R9+0x4指向的存储单元STR R8,[R9,#4] ; 将 R0寄存器的值 存储到 SP寄存器的值 + (#0x10+var_4) 的值作为地址所指向的单元格中 STR R0, [SP,#0x10+var_4] ; 将LR内的数据压栈（栈顶上移一格, 并将LR内的值写入上移的空间） ; `!` 在执行完出入栈后会相应修改SP指向 STR LR, [SP, #-4]!
LDM与STM
LDM将存储器数据依次加载到寄存器列表，赋值方向->。eg：将R0指向的存储单元数据依次加载到R1，R2，R3。此时第一个参数相当于指针取值，R1=*R0，R2=*(R0+#1)，R3=*(R0+#2)LDM R0, {R1-R3}STM将寄存器列表数据存储到指定存储器，赋值方向<-。关于读取与存储的顺序，详见本文 # 堆栈寻址
PUSH与POP
PUSH入栈POP出栈
SWP：将寄存器与存储器之间的数据进行交换。三个参数
SWP Rd，Rm，[Rn]，将 Rn 指向存储器空间的内容放入目的寄存器 Rd，后将 Rm 的内容放入 Rn 指向的存储器空间。SWP 共两个步骤：使用 LDR 将数据载入 Rd，再通过 STR 将输入写入 R0 指向。通过 SWP 将两个步骤原子化; 将 R1 寄存器与 R0 指向的存储器之间的数据进行交换 SWP R1,R1 [R0]
数据传送指令
MOV 将立即数货寄存器数据传送到目标寄存器，赋值方向<-。eg1：R0赋值为8。eg2：R2先左移3位后放入R0，即R0 = R2 * 2^3 = R2 * 8（关于 移位 详见《常用ARM指令集及汇编》章节：寄存器偏移寻址）
MOV R0, #8
MOV R0, R2, LSL #3
数据算术运算指令
三个参数Rd，Rm，Rn。其中Rd存放结果，Rm为操作数1，Rn为操作数2
- ADD
- SUB
- MUL
- DIV
逻辑运算
三个参数Rd，Rm，Rn。其中Rd存放结果，Rm为操作数1，Rn为操作数2
- AND
- OR
- EOR：异或。不同为1（真）
比较指令
CMP（compare）在CPRS寄存器中标志位存储比较结果，Z=0表示不相等
伪指令
为了编程方便，编译器定义了伪指令。伪指令在编译时会被替换成合适的指令。arm中常用伪指令有ADR，LDR等。此处着重说明LDR指令。
伪指令LDR 与 存储寄存器交互指令LDR 的不同
由于伪指令会被替换，存储器与寄存器交互指令LDR与伪指令LDR本质上是 不同 的指令。以下是详细说明：
ARM指令集中的LDR是寻址指令。参数2常为指定地址的上的值（LDR Rd,[地址] -- 多伴随取值符
[]）。例如：读取 R0-0x12 地址上的值，存储到R1LDR R1, [R0, #-0x12]伪指令LDR用户指定寄存器加载内容。参数2常为表达式（LDR reg,=立即数/表达式 -- 等号开头）。例如：
LDR R0, =(#0x1)
通过伪指令加载指定数据
使用IDA工具并设置机器码的显示( Option -> General -> Disassembly -> Number of opcode bytes: 5)。以下两例均来自参考文章https://bbs.kanxue.com/thread-268869.htm中流程打包构建的 hello_arm 可执行文件在 IDA 中反编译的内容
例1 ：以C++程序helloworld代码main函数为例说明如何通过 伪指令LDR引用字符串常量。
; 目标字符串存放位置
.rodata:000008E4 68 65 6C 6C 6F+aHelloWorld DCB "hello world",0 ; DATA XREF: main+A↑o
.rodata:000008E4 20 77 6F 72 6C+ ; .text:off_788↑o
; main函数中的代码片段 - 获取目标字符串起始地址
.text:00000760 09 4B LDR R3, =(aHelloWorld - 0x766)
.text:00000762 7B 44 ADD R3, PC ; "hello world"
; 函数结束后的内存偏移表
.text:00000788 7E 01 00 00 off_788 DCD aHelloWorld - 0x766 ; DATA XREF: main+8↑r
.text:00000788 ; "hello world"
说明：
main函数中LDR的第二个参数为表达式（带等号），此LDR为伪指令
对应的指令字节码长度，和地址间隔均为2字节，说明为thumb指令
LDR与ADD两条指令组成引用字符串常量的过程(LDR读取偏移，ADD计算目标地址)。如果同时引用多个，LDR与ADD可能不会连续出现，通常为多条LDR后接多条对应的ADD伪指令的表达式是 内存偏移表 中的内容。 将对应内存偏移表中的机器码 17E 存储到R3
ADD执行完成后 R3 = R3 + PC = 17E + 762 + 4 = 8E4 ，即R3存放
.rodata节区中字符串的起始地址被减数为内存偏移表对应项地址，此时 adr加载对应项地址 + 对应项偏移量 = 目标地址
内存偏移表：
由于地址长度为4字节。在thumb指令集中指令长度为2字节，不可直接将
.bss段或.rodata段中目标的偏移量放入指令中（目标偏移量过大会超过两字节大小）。arm32中引入内存偏移表存放偏移量，指令中通过内存偏移表与当前代码的偏移量读取对应项，并将存放的目标偏移量直接存入寄存器而无需写在指令中内存偏移表 通常在一个函数的结尾处（
BLX LR函数返回后。与pc偏移量可控，不会超过2字节）。其中 被减数 即为 引用地址(便于自己理解的定义) ，如上例中的位于 762 的ADD R3 PC，此时R3指向目标地址，PC为引用地址，所以被减数为当前地址值+PC固有两条指令偏移，即PC实际值为762+4=766LDR伪指令加载目标地址的方式：读取内存偏移表中的引用地址与目标地址偏移量 + 当前代码位置 = 目标地址
由于三级流水线的存在导致PC并不是调用行的地址，内存偏移表 涉及PC引用的项 会存在2条指令地址的偏移即 汇编代码内计算得到的地址需要额外再+2条指令的地址才是目标地址 。因此例1说明中的第三点需要+4。详见本文 # 三级流水线 中PC的说明
例2 ：以C++程序helloworld代码_start函数为例说明如何通过 伪指令LDR和ADR载入全局偏移表（.got）
; _start函数中的代码片段 - 获取全局偏移表起始地址
.text:00000658 DF F8 24 A0 LDR.W R10, =($_GLOBAL_OFFSET_TABLE_ - 0x680)
.text:0000065C 08 A3 ADR R3, off_680
.text:0000065E 9A 44 ADD R10, R3 ; $_GLOBAL_OFFSET_TABLE_
; 函数结束后的内存偏移表
.text:00000680 80 09 01 00 off_680 DCD $_GLOBAL_OFFSET_TABLE_ - 0x680
.text:00000680 ; DATA XREF: _start+10↑r
.text:00000680 ; _start+14↑o
; 全局偏移表起始位置 - 目标地址
.got:00011000 00 0F 01 00 $_GLOBAL_OFFSET_TABLE_ DCD stru_10F00 ; DATA XREF: .plt:000005D8↑o
.got:00011000 ; .plt:off_5E4↑o ...
- 说明：
- R10 加载内存偏移表中的机器码（偏移量） 10980
- R3 加载内存偏移表对应项 off_680 的地址 680 - 此处不涉及PC寄存器，因此最后不需要额外+4，详见参数文章链接https://bbs.kanxue.com/thread-268869.htm
- ADD执行完成后 R10 = 10980 + 680 = 11000 ，即R10存放全局偏移表的起始地址
补充：如何修改需要读取的字符串，请查看后续文章中的内容
例3：以C++程序helloworld代码deregister_tm_clones函数为例说明如何通过 伪指令LDR载入全局偏移表（.got）内的数据
.text:000006B4 deregister_tm_clones ; CODE XREF: __do_global_dtors_aux:loc_732↓p
.text:000006B4 LDR R0, =(__bss_start - 0x6BE)
.text:000006B6 LDR R3, =(__bss_start - 0x6C0)
.text:000006B8 LDR R2, =($_GLOBAL_OFFSET_TABLE_ - 0x6C2)
.text:000006BA ADD R0, PC ; __bss_start
.text:000006BC ADD R3, PC ; __bss_start
; 通过ldr与add，此时R2为全局偏移表基地址
.text:000006BE ADD R2, PC ; $_GLOBAL_OFFSET_TABLE_
.text:000006C0 CMP R3, R0
.text:000006C2 BEQ locret_6CC
; r3存放目标与内存偏移表基地址偏移量
.text:000006C4 LDR R3, =(_ITM_deregisterTMCloneTable_ptr - 0x11000)
; 通过基地址+偏移量 使 r3指向目标
.text:000006C6 LDR R3, [R2,R3] ; _ITM_deregisterTMCloneTable
.text:000006C8 CBZ R3, locret_6CC
.text:000006CA BX R3 ; _ITM_deregisterTMCloneTable
.text:000006CC ; ---------------------------------------------------------------------------
.text:000006CC
.text:000006CC locret_6CC ; CODE XREF: deregister_tm_clones+E↑j
.text:000006CC ; deregister_tm_clones+14↑j
.text:000006CC BX LR
.text:000006CC ; End of function deregister_tm_clones
.text:000006CC
.text:000006CC ; ---------------------------------------------------------------------------
.text:000006CE ALIGN 0x10
.text:000006D0 off_6D0 DCD __bss_start - 0x6BE ; DATA XREF: deregister_tm_clones↑r
.text:000006D4 off_6D4 DCD __bss_start - 0x6C0 ; DATA XREF: deregister_tm_clones+2↑r
.text:000006D8 off_6D8 DCD $_GLOBAL_OFFSET_TABLE_ - 0x6C2
.text:000006D8 ; DATA XREF: deregister_tm_clones+4↑r
; 目标在全局偏移表内的偏移量 - 全局偏移表基地址为0x11000
.text:000006DC off_6DC DCD _ITM_deregisterTMCloneTable_ptr - 0x11000
.text:000006DC ; DATA XREF: deregister_tm_clones+10↑r
堆栈寻址
堆栈的工作方式按照不同方式分类有多种
根据栈顶指针指向分为
满栈（Full Stask）：指向栈顶元素
空栈（Empty Stack）：指向栈顶的下一个空位（栈顶元素上方，新入栈数据将存放的空间）
根据堆栈数据存放的地址方向分为
递增堆栈（Ascending Stack）：由低地址向高地址生成
递减堆栈（Decending Stack）：由高地址向低地址生成
处理器在设计时便定好了采用哪种堆栈方式，用户不可更改。例如：ARM堆栈的工作方式为 满递减堆栈(FD - full decending) ，即按照视觉顺序，栈顶位于低地址，且栈顶指针 SP 指向栈顶元素。
; 数据入栈，最后入栈的数据为r0，即执行完成后栈顶为r0（降序入栈，第一个最后入）！
STMFD SP! {r0,r1,r3-r5}
; 数据出栈，第一个出栈数据赋值给r0（降序出栈，第一个出栈存入第一个寄存器）
LDMFD SP! {r0,r1,r3-r5}
; `!` 在执行完出入栈后会相应修改SP指向
函数在调用时会产生一系列变量，此时需要在栈中创建存储空间进行存储。因此STMFD与LDMFD常常成对出现
STMFD将寄存器列表内的值入栈，保证第一项在栈顶。LDMFD将栈内的数据放回寄存器列表，按寄存器列表顺序取值。存放数据与读取数据顺序可理解为井中放绳，即排在最后的先进后出。SP! 会自动进行sp指针值变化的计算，不需手动对SP值进行加或减
指令转换
通过将操作数转换格式以实现伪指令的转化，如通过快捷键d将偏移量转化成基本数据，或将字符串转换成字符数据
以下为IDA中一段代码实例。注意 STM 存放数据顺序与 ADR/LDR伪代码
; 内存偏移表 字符串地址001468EA
LOAD:00145C4C off_145C4C DCD aCk1234567+0xA - 0x145C4C
; 将lr, r2, r1, r0 依次压入栈 保证 r0 为栈顶
LOAD:00145C5C STMFD SP!, {R0-R2,LR}
; r1 为内存偏移表对应项的地址，adr内部已做偏移处理
LOAD:00145C60 ADR R1, off_145C4C
; LDR伪指令 通过内存偏移表加载字符串
LOAD:00145C64 LDR R0, =(aCk1234567+0xA - 0x145C4C)
; 内存偏移表做加法，r0指向目标
LOAD:00145C68 ADD R0, R0, R1 ; ""
LOAD:00145C6C LDR R2, =off_145C4C
LOAD:00145C70 SUB R1, R1, R2
LOAD:00145C74 STMFD SP!, {R1}
LOAD:00145C78 LDR R2, =dword_4B4BC
LOAD:00145C7C ADD R1, R1, R2
LOAD:00145C80 STMFD SP!, {R1}
LOAD:00145C84 BL sub_146568
LOAD:00145C88 MOV R2, R0
LOAD:00145C8C ADR R1, off_145C4C
LOAD:00145C90 LDR R0, =(aCk1234567+0xA - 0x145C4C)
LOAD:00145C94 ADD R0, R0, R1 ; ""
LOAD:00145C98 LDMFD SP!, {R1}
LOAD:00145C9C BL sub_146248
LOAD:00145CA0 LDMFD SP!, {R1}
; ... 此处省略部分指令 ...
; 字符串定义部分
LOAD:001468EA aCk1234567 DCB "ck1234567_",0
- 说明
内存偏移表中 对应项的被减数为对应项地址，该地址被r1加载（偏移已被adr内部处理）
在上一条的条件下，执行ldr加载内存偏移表并add，则会指向目标地址（已在例2中说明）
通过将偏移量转换成基本数据，得到如下等效代码（省略部分）
; 内存偏移表转换成具体数值 0x1468EA + 0xA - 0x145C4C = 0xCA8
LOAD:00145C4C dword_145C4C DCD 0xCA8
LOAD:00145C5C STMFD SP!, {R0-R2,LR}
LOAD:00145C60 ADR R1, dword_145C4C
; 直接赋值偏移表内的偏移量做加法得到字符串地址
LOAD:00145C64 LDR R0, =0xCA8
LOAD:00145C68 ADD R0, R0, R1 ; ""
LOAD:00145C6C LDR R2, =dword_145C4C
LOAD:00145C70 SUB R1, R1, R2
LOAD:00145C74 STMFD SP!, {R1}
LOAD:00145C78 LDR R2, =dword_4B4BC
LOAD:00145C7C ADD R1, R1, R2
三级流水线
ARM7TDM使用三级流水线执行指令。
- 取指 (Fetch)：内存中取回指令
- 译码 (Decode)：开始解码。看懂这条指令是要干什么（是加法、减法还是跳转？）
- 执行 (Execute)：实际执行指令
程序计数器（PC）总是指向正在读取的指令而非正在执行的指令，超出当前执行指令的两条指令 。即第x条指令若读取pc寄存器内的值，实际上是读取第(x+2)条指令的地址（当前地址 + 4，每条指令2字节）
在 IDA 动态调试时，若F7单步执行到某一条指令时（与其他ide类似，卡在将执行的指令上），其实CPU已经开始处理目标指令后面的两条指令了（下一条指令已开始解码，下下条指令已开始读取）。指令窗口中的PC（假PC）指向的是将执行的指令，而寄存器窗口中 PC 的真实值已为下下条指令的地址（当前地址 + 4，每条指令2字节，参考文章https://www.cnblogs.com/dliv3/p/5285771.html）
故在动态调试过程中需要修改指令时，需在 执行前两条之前进行修改 （执行到的指令与要修改的指令至少间隔2条指令）
寄存器
寄存器是 CPU 内部存储数据的容器，读写速度远高于内存。ARM 架构中每个寄存器容量均为 4 字节（32 位）。
在最常用的**用户模式（User）**下，程序员能接触到 17 个寄存器：R0 ~ R15 以及 CPSR。
常用寄存器说明
- R0 ~ R12 通用寄存器
- R0 ~ R3 共4个寄存器用于函数参数及返回值的传递（函数相关）若函数有返回值，通常存放在 R0 中。
- 若函数有返回值，通常放在R0中。查看函数调用
B后的下一行有没有读取或MOV寄存器R0中的值来判断是否有返回值
- 若函数有返回值，通常放在R0中。查看函数调用
- R4 ~ R11 普通的通用寄存器。保存函数内部的局部变量
- R7 数据栈帧的指针，链接寄存器
LR在栈上的地址。Thumb 指令集的栈帧指针FP - R9 系统保留寄存器
- R11 ARM 指令集的栈帧指针
FP通常指向堆栈栈底
- R7 数据栈帧的指针，链接寄存器
- R0 ~ R3 共4个寄存器用于函数参数及返回值的传递（函数相关）若函数有返回值，通常存放在 R0 中。
- R12 ~ R15 特殊功能寄存器
- R12 临时寄存器
IP。存储函数调用中的临时内容，主要用于链接器（Linker）在函数长跳转前的临时地址计算和中转，函数调用后其值不可靠。例:- 存储链接地址（待跳转地址）
ldr r12, =target_address ; 存储函数地址，方便使用 B 指令跳转 bx r12 - 函数调用后，R12 的值是不可靠的（仅用于函数调用前的临时数据处理）
- 存储链接地址（待跳转地址）
- R13 栈顶指针
SP- 满栈: 指针指向的地址为栈顶元素所在地址
- 空栈: 指向栈顶元素上方预留的一个空位的地址（递减栈，栈顶元素地址-4）
- R14 链接寄存器
LR。存放当前函数执行完毕后的返回地址（即调用指令 BL 的下一条指令地址），而不是调用者函数的首地址 - R15 程序计数器
PC。存放 CPU 当前正在取指的指令地址（对于三级流水线，PC = 当前执行指令地址 + 8）
- R12 临时寄存器
CPSR寄存器
全称 Current Program Status Register, 各个bit位表明了CPU的某些状态信息
关键 bit 的介绍
- 条件位
标识位 说明 N Set when the result of the operation was Negative.(负数置1，非负数置0) Z Set when the result of the operation was Zero.(为零置1，非零置0) C Set when the operation result in a Carry.(发生进位，或借位时，置1) V Set when the operation caused oVerflow.(操作造成溢出时，置1。如计算补码) - T 位: 0 - ARM 状态; 1 - Thumb 状态
ARM 处理器工作模式
经典 ARM 架构共有 7 种基本工作模式，主要分为“非特权”与“特权”两类：
- 普通（非特权）模式（1种）
- User 模式，大部分任务执行在这种模式
- 特权模式（6种）
- System: 与 User 模式完全共用一套寄存器，用于 OS 内核任务。
- FIQ: 快速中断模式。发生高优先级中断时进入此模式
- IRQ: 普通中断模式。发生低优先级中断时进入此模式
- Supervisor: 复位或程序执行软中断指令时进入此模式
- Abort: 存取异常时进入此模式
- Undef: 执行到未定义（无法识别）指令时，触发未定义指令异常，进入此模式（防止在正常模式下执行未知指令，从而被黑客进行攻击，如内存泄露等）
寄存器结构
ARM 共 37 个寄存器，每个寄存器都是 4字节（每个寄存器可存放32位的数据）
看起来只有 R0-R15 和 CPSR，但为了在不同工作模式间快速切换而不破坏其他模式的数据，ARM 在硬件物理上实际设计了 37 个 寄存器。
核心机制叫做 影子寄存器（Banked Registers）：当 CPU 切换到特定模式时，某些寄存器会被硬件自动替换成该模式专属的物理寄存器。
如 Undef 模式下，拥有自己 R13 与 R14 ，以及额外的 SPSR 寄存器（3个）作为备份寄存器，用于切换到其他模式。其他的 R0 - R12、R15、CPSR 共用普通模式的寄存器
基础寄存器细分
基础共有寄存器 (17 个)：User 和 System 模式使用的全套寄存器
FIQ: R8-R14 SPSR 共8个（因为 FIQ 追求极速，备份的通用寄存器最多，中断时连 R8-R12 都不用压栈，直接用专属的）
IRQ: R13 R14 SPSR 共3个
SVC: R13 R14 SPSR 共3个
Undef: R13 R14 SPSR 共3个
Abort: R13 R14 SPSR 共3个
以上备份寄存器与17个用户模式寄存器一共为 37 个寄存器
SPSR: Saved Program Status Register. 每个异常模式（FIQ, IRQ, SVC, ABT, UND）都有一个自己专属的 SPSR 寄存器
- 作用：当系统从 User 模式陷入异常模式时，硬件会自动将 User 模式的 CPSR 复制到该异常模式的 SPSR 中保存起来。
- 恢复：当异常处理完毕准备返回时，只需要将 SPSR 的值恢复给 CPSR，系统状态就能完美还原
so内调用函数的入参分析
BL与BLX指令常常伴随函数调用出现。函数参数的传递是通过寄存器与堆栈实现的
通过寄存器确定函数调用
- 需要函数调用时会使用
B跳转指令进行跳转 - 常常伴随着通过链接寄存器 R14(LR) 存储当前位置，使函数调用结束后跳转回该位置
- 若函数需要参数，使用 R0 ~ R3 及堆栈传递函数所需参数
判断即将跳转函数的参数个数
BLX的目标值是否为 R0~R3 寄存器（根据参数寄存器为 R0~R3 进行判断）是：参数个数小于4个时，
BLX的跳转地址为目标函数地址，之前的寄存器皆为函数参数。例如：BLX R3说明函数有3个参数，分别存储在 R0、R1、R2，而R3存放目标函数地址。否：参数个数量大。前4个参数在 R0~R3 寄存器中。剩下的在跳转指令前通过
STR或STM放入堆栈（并不一定入栈的数据都是参数，需要分析。若前面没有STR或STM压栈操作，则为4个）分析：在被调用函数内，一开始便读取寄存器，一开始读取堆栈的，读取的数据为函数参数
可通过ida反编译的伪代码辅助分析。例如ida识别为方法名BLX func_xxx，通过 tab 查看ida解析出来的参数个数辅助自己分析
mov r0, #5
mov r3, #4
mov r2, #3
str r0, [sp, #0]
mov r1, #2
mov r0, #1
BL func_test
此时，第5个参数在调用前被存储在堆栈上