팔 어셈블리 언어 (32 비트)

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ARM 어셈블리 언어는 현대 컴퓨팅에서 가장 영향력 있고 널리 배포 된 프로세서 아키텍처 중 하나이며 스마트 폰과 태블릿에서 임베디드 시스템과 점점 더 많은 서버 인프라에 수십억 개의 장치를 전력 공급합니다. ARM 어셈블리는 모바일 컴퓨팅 및 임베디드 시스템 개발을 혁명화 한 청정, 효율 및 전력 최적화 된 교육 세트를 제공합니다. ARM 아키텍처는 단순성, 에너지 효율, 확장성에 중점을 두고 있으며, 까다로운 응용 분야에 필요한 성능 능력을 유지하면서 배터리 구동 장치에 대한 지배적 플랫폼을 만들었습니다. ARM 어셈블리 언어는 임베디드 시스템 프로그래머, 모바일 애플리케이션 개발자, ARM 기반 장치와 작업하는 보안 연구원 및 ARM 프로세서의 성능을 최적화하는 것을 찾는 사람에 필수적입니다. 이 포괄적 인 참조는 근본적인 RISC 원칙에서 ARM 어셈블리 프로그래밍의 상세한 적용을 제공하며 조건 실행, NEON SIMD 프로그래밍 및 개발자가 ARM 프로세서의 전체 기능을 수행 할 수있는 시스템 수준의 개발을 포함하여 고급 주제에 대한 아키텍처를 등록합니다.

건축 개요 및 RISC 철학

역사 Context 및 디자인 진화

ARM 아키텍처는 1980 년대에 Acorn Computers에 그 기원을 추적하고, 원래 Acorn RISC 기계로 개발되었지만 결국 모바일 컴퓨팅을 지배 할 수있는 고급 RISC 기계 아키텍처로 진화했습니다. 건축의 설계 철학은 simplicity의 RISC 원리, 효율성 및 성능에 중점을 두는 교육 부유성보다는 감소 된 명령 복잡성. 이 접근은 x86 프로세서에 의해 배정 된 복잡한 지침 설정 컴퓨터 (CISC) 철학과 급격히 대조하여 단순 하드웨어 구현에서 효율적으로 수행 할 수있는 최적화 된 지침의 작은 세트를 강조합니다.

여러 세대를 통해 ARM 아키텍처의 진화는 신흥 컴퓨팅 요구 사항을 해결하는 향상을 도입하면서 지속적으로 백워드 호환성을 유지했습니다. ARMv7-A 아키텍처를 통해 원래 ARM1 프로세서에서 각 세대는 지시 세트, 향상된 성능 특성을 세련하고 특정 응용 분야의 특수 기능을 추가했습니다. 건축의 모듈 디자인은 매우 저전력 마이크로 제어기에서 고성능 애플리케이션 프로세서에 이르기까지 구현을 가능하게 해 줍니다.

RISC 디자인 원리 및 구현

ARM 조립 언어는 교육 설정 설계, 등록 아키텍처 및 실행 모델을 통해 핵심 RISC 원칙을 구현합니다. 이 아키텍처는 메모리 액세스가 전용 로드 및 저장 지침을 통해 만 발생되는로드 상점 모델을 고용하고, 모든 computational 작업은 독점적으로 register operands. 이 분리는 프로세서 디자인을 단순화하고 효율적인 배관을 가능하게하며 컴파일러 최적화 및 실시간 시스템 개발을 촉진하는 예측 가능한 성능 특성을 제공합니다.

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팔 지시 세트는 CISC 건축술 보다는 대략 100개의 지시로, 두드러지게 이루어져 있습니다, 그러나 직각 지시 디자인을 통해 포괄적인 computational 기능을 제공합니다. 각 교육은 일반적으로 다양한 주소링 모드, 조건 코드 및 비교적 작은 지시 조사에도 불구하고 풍부한 프로그래밍 환경을 만드는 오페라 유형과 결합 될 수 있습니다. 이 Orthogonality는 효율적인 코드 생성을 가능하게하고 다른 명령 유형의 일관된 패턴을 제공함으로써 조립 언어 프로그래밍을 단순화합니다.

가공업자 형태와 Privilege 수준

ARM 프로세서는 다양한 권한 레벨과 액세스 권한을 제공하는 여러 모드에서 작동하며 안전한 시스템 설계 및 효율적인 예외 처리를 가능하게합니다. 프로세서 모드는 애플리케이션 코드, 시스템 소프트웨어 및 예외 핸들러에 대한 다양한 권한 모드 및 중단 처리 및 시스템 관리를위한 특수 모드를 포함합니다. 이 모드에서는 ARM 플랫폼에서 시스템 레벨 프로그래밍 및 보안 구현에 중요합니다.

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권한 모델은 시스템 리소스를 보호하고 하드웨어 기능에 대한 제어 된 액세스를 제공합니다. 사용자 모드 애플리케이션은 제한적 권한으로 실행되며, 커널 코드 및 장치 드라이버는 전체 하드웨어 액세스 권한을 가진 권한이 있는 모드에서 동작합니다. 이 분리는 안전한 시스템 설계를 위한 기초를 형성하고 ARM 플랫폼에 강력한 멀티 태스킹 운영 체계를 가능하게 합니다.

건축 및 조직 등록

회사연혁 설치하기

ARM 아키텍처는 계산 및 주소 계산에 대한 기본 저장 역할을하는 여섯 번째 32 비트 범용 레지스터 (R0-R15)를 제공합니다. 전문 등록 기능이있는 아키텍처와 달리 ARM 등록은 크게 직각이며 대부분의 등록자는 다른 목적으로 교환 할 수 있습니다. 그러나 특정 등록자는 기존의 용도를 가지고 있으며 프로그래밍 관행에 영향을 미치는 특수 하드웨어 행동이 있습니다.

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register set's orthogonal 디자인은 유연한 프로그래밍 접근 및 효율적인 컴파일러 코드 생성을 가능하게 합니다. 대부분의 arithmetic, 논리 및 데이터 운동 작업은 소스 또는 목적지로 등록 할 수 있으며 등록 할당 및 최적화를위한 최대 유연성을 제공합니다. 이 유연성은 특정 작업에 대한 등록을 전문화 한 아키텍처와 대조하여 사용 가능한 등록 리소스의 더 효율적인 사용을 가능하게합니다.

특수 목적 등록

대부분의 팔 기록기는 범용이며 R13, R14, R15를 등록하고 적절한 팔 프로그래밍에 중요한 특수 하드웨어 동작 및 기존 용도가 있습니다. R13는 Stack Pointer (SP), R14 기능으로 Link Register (LR) 함수 호출을 담당하며 R15는 특별한 주소 행동으로 프로그램 카운터 (PC)로 작동합니다.

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Link register (LR)는 분기 연결 지시가 실행될 때, 간단한 기능을 위한 더미 조작 없이 능률적인 기능 호출 실시를 가능하게 하는 반환 주소를 자동적으로 받습니다. 프로그램 카운터의 행동은 ARM 파이프라인 아키텍처를 반영합니다. PC는 현재 명령과 8 바이트의 주소를 반환하고 명령 fetch 파이프라인 단계에 대한 회계.

현재 프로그램 상태 등록 (CPSR)

현재 프로그램 상태 등록 (CPSR)에는 상태 코드 플래그, 프로세서 모드 비트, 및 제어 플래그를 포함한 프로세서 상태 정보가 포함되어 있습니다. CPSR은 ARM의 고유한 조건 실행 기능을 가능하게 하고 체계 프로그램 및 예외 취급을 위한 근본적인 상태 정보를 제공합니다.

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조건 코드 플래그 (Negative, Zero, Carry, Overflow)는 arithmetic 및 논리 작업의 결과를 반영하여 많은 경우에 명시적 비교 지침없이 효율적인 조건 실행을 가능하게합니다. 프로세서 모드 비트는 현재 권한 레벨을 결정하고 사용 가능한 레지스터 설정, 제어 비트가 중단 처리 및 프로세서 동작에 영향을 미치는 동안.

Instruction Set 아키텍처 및 인코딩

명령 형식 및 조건 실행

ARM 지침은 일관된 명령 길이와 단순화 된 명령 fetch를 제공하는 고정 32 비트 인코딩을 사용합니다. 모든 팔 명령에는 CPSR의 상태 코드 플래그의 현재 상태에 따라 조건 실행을 가능하게하는 4 비트 상태 필드가 포함되어 있습니다. 이 상태 실행 기능은 주요 프로세서 아키텍처 중 독특하며 조건부 작업을 위해 매우 효율적인 코드 생성을 가능하게합니다.

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상태 실행 기능은 코드 밀도와 파이프라인 효율성을 향상, 다른 아키텍처에 필요한 많은 지점 지침을 제거합니다. 간단한 상태 가동을 위한 분지를 피해서, 팔 부호는 더 나은 지시 처리 처리량을 유지하고 파이프라인의 성과 충격을 감소시킬 수 있습니다.

주소 모드 및 메모리 액세스

ARM은 다양한 데이터 구조와 메모리 레이아웃에 효율적인 액세스를 가능하게 하는 정교한 주소링 모드를 제공합니다. 주소 표시 모드는 즉시 주소링, 등록 주소링 및 최소 명령 오버헤드와 함께 배열, 구조 및 포인터 기반 데이터 액세스를 지원하는 색인 주소링의 다양한 형태를 포함합니다.

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Scaled register addressing mode는 일반적인 데이터 유형의 크기와 일치하여 1, 2, 4 또는 8 바이트의 자동적으로 스케일링 인덱스 값으로 효율적인 어레이 액세스를 가능하게 합니다. Pre-indexed 및 post-indexed addressing Mode는 별도의 주소 계산 지침을 필요로하지 않고 효율적인 포인터 조작 및 배열을 지원합니다.

Data 처리 지침

ARM 데이터 처리 지침은 포괄적인 arithmetic, 논리 및 데이터 조작 기능을 제공합니다. 이 지침은 선택적으로 상태 코드 플래그를 업데이트하고 즉각적인 값, 등록 및 이동 등록을 포함하여 다양한 오페라 유형을 지원합니다. 지시 세트의 직각 디자인은 다른 지시 유형의 맞은편에 일관된 가동을 가능하게 합니다.

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이동 작업은 다른 데이터 처리 지침과 함께 작동 사양의 일부로 결합 할 수 있으며 단일 지침에서 복잡한 작업을 가능하게합니다. 이 기능은 수학 작업, 비트 조작 알고리즘 및 데이터 구조 접근 패턴의 효율적인 구현을 지원합니다.

제어 흐름 및 프로그램 구조

지점 안내 및 프로그램 흐름

ARM은 조건 논리, 루프 및 함수 호출의 구현을 가능하게하는 다양한 지점 지침을 제공합니다. 분기 지침은 기능 호출 구현을위한 자동 반품 주소 절약을 제공하는 몇 가지 지침과 조건 및 무조건 변형을 포함합니다.

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분기 및 교환 (BX) 명령은 ARM과 Thumb 명령어 세트 사이의 전환을 가능하게하며 다른 코드 섹션간에 혼합 모드 프로그래밍 및 상호 운용성을 제공합니다. Branch-with-link 지침의 자동 반품 주소는 기능 호출 구현을 단순화하고 스택 조작 오버 헤드를 감소시킵니다.

반복 구조 및 반복

ARM 어셈블리는 다양한 명령어 조합과 주소링 모드를 통해 효율적인 루프 구현을 지원합니다. ARM은 일부 아키텍처와 같은 전용 루프 지침이 부족하지만, 상태 실행, 유연한 주소링 모드의 조합 및 효율적인 지점 지침은 매우 최적화 된 루프 구성을 가능하게합니다.

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Post-indexed Addressing Mode는 단일 지침에 따라 계산 및 메모리 액세스가 발생할 수있는 효율적인 포인터 기반 루프를 가능하게합니다. 이 기능은 명령 카운트를 줄이고 배열 처리 및 메모리 복사 작업을 위해 성능을 향상시킵니다.

기능 통화 및 스택 관리

ARM 함수 호출은 Link register (LR)를 사용하여 반품 주소 저장을 사용하고 매개 변수 전달 및 등록 보존에 대한 협약을 체결합니다. ARM Architecture Procedure Call Standard (AAPCS)는 조립 언어 기능과 고급 언어 코드 간의 상호 운용성을 가능하게하는 일관된 인터페이스를 정의합니다.

ο 회원 관리

호출 규칙은 R0-R3가 스택에 전달된 추가 매개 변수와 함께 첫 번째 4개의 매개 변수를 전달하는 것을 지정합니다. 등록 R4-R11은 통화로 저장되며, R0-R3 및 R12가 호출되고 함수 호출에 의해 변경 될 수 있습니다.

메모리 관리 및 시스템 프로그래밍

메모리 아키텍처 및 주소 공간

ARM 프로세서는 가상 메모리, 메모리 보호 및 캐시 관리를 포함한 정교한 메모리 관리 기능을 구현합니다. Memory Management Unit (MMU)는 멀티 태스킹 운영 시스템과 효율적인 메모리 활용을 가능하게 하는 주소 번역, 액세스 제어 및 메모리 특성 관리를 제공합니다.

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coprocessor interface (CP15)는 메모리 매핑, 캐시 행동 및 프로세서 구성을 관리하는 시스템 제어 레지스터에 대한 액세스를 제공합니다. 이러한 인터페이스를 이해하는 것은 ARM 플랫폼에서 운영 체제 개발 및 저수준 시스템 프로그래밍에 필수적입니다.

예외 취급 및 의무

ARM 가공업자는 중단, 자료 낙관, prefetch 낙관 및 소프트웨어 중단을 포함하여 포괄적인 예외 취급 기능을 제공합니다. 예외 처리 메커니즘은 프로세서 상태 및 벡터를 적절한 핸들러 루틴에 자동으로 저장하고 강력한 시스템 소프트웨어 구현을 가능하게합니다.

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예외 처리는 프로세서 모드 변경에주의를 기울이고, 은행을 등록하고, 주소 조정을 반환합니다. ARM 아키텍처는 다른 프로세서 모드에 대한 별도의 등록 은행을 제공합니다, 많은 경우에 명시되지 않고 효율적인 컨텍스트 전환을 가능하게.

Coprocessor 인터페이스 및 시스템 제어

ARM Processors는 전문화한 처리 단위의 지시 세트 그리고 통합의 연장을 가능하게 하는 coprocessor 공용영역을 지원합니다. 가장 일반적으로 사용되는 coprocessor는 시스템 제어 및 구성 레지스터에 대한 액세스를 제공하는 CP15입니다.

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Coprocessor 지침은 부동점 운영, SIMD 처리 및 시스템 관리 기능을 포함한 특수 기능을 사용할 수 있습니다. coprocessor 인터페이스는 명령 설정 호환성을 유지하면서 ARM 기능을 확장하기위한 표준화 된 메커니즘을 제공합니다.

고급 프로그래밍 기술

전체메뉴 프로그램

ARM NEON 기술은 고급 SIMD(Single Instruction, Multiple Data) 기능을 제공합니다. NEON은 8 비트, 16 비트, 32 비트 및 64 비트 정수를 포함한 다양한 데이터 유형뿐만 아니라 단일 정밀 플로팅 포인트 값을 지원합니다.

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NEON 프로그래밍은 벡터 데이터 유형, 차선 작업 및 메모리 정렬 요구 사항을 이해해야합니다. NEON 지침의 효과적인 사용은 멀티미디어 처리, 신호 처리 및 수학 계산에 중요한 성능 개선을 제공 할 수 있습니다.

Thumb 지시 설정

Thumb 명령어 세트는 대부분의 ARM 기능을 유지하면서 코드 밀도를 개선하는 16 비트 지침을 제공합니다. Thumb 지침은 ARM 지침과 비교하여 30-40%의 코드 크기를 줄일 수 있으며 메모리 제약 응용 프로그램에 대한 가치를 만듭니다.

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Thumb-2 기술은 코드 밀도 혜택을 유지하면서 ARM-equivalent 기능을 제공하는 32 비트 지침으로 설정된 Thumb 명령어를 확장합니다. ARM과 Thumb 코드를 혼합 할 수있는 기능은 성능과 코드 크기 요구 사항에 최적화 할 수 있습니다.

최적화 기술 및 성능

ARM 조립 최적화는 프로세서 파이프라인 특성, 메모리 계층 행동 및 교육 일정 고려사항을 이해해야합니다. 현대 팔 가공업자는 정교한 out-of-order 실행 엔진을 고용하고, 그러나 주의적인 지시 선택과 자료 배치는 아직도 뜻깊은 성과 이익을 제공할 수 있습니다.

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ARM의 성능 최적화는 교육 카운트, 메모리 액세스 패턴 및 파이프라인 효율을 균형 잡힌다. 조건 실행 능력은 지점을 제거하고 명령 처리량을 개선 할 수 있으며, 주소링 모드의주의 사용은 명령 카운트를 줄이고 캐시 활용을 향상시킬 수 있습니다.

ARM 어셈블리 언어는 임베디드 시스템 프로그래밍, 모바일 애플리케이션 개발 및 시스템 수준의 소프트웨어 구현을위한 강력한 효율적인 기반을 제공합니다. RISC 디자인 철학, 조건 실행 능력 및 포괄적 인 교육 세트는 개발자가 다양한 컴퓨팅 플랫폼에서 고성능, 에너지 효율적인 응용 프로그램을 만들 수 있습니다. ARM 조립 프로그래밍의 마스터리는 임베디드 시스템 개발, 모바일 플랫폼 최적화, 보안 연구 및 시스템 프로그래밍을 위한 기회를 열어서 직접 하드웨어 제어 및 최적의 리소스 활용을 필요로 합니다. 건축의 지속적인 진화와 광범위한 채택은 모바일 및 임베디드 컴퓨팅을위한 지배적 인 플랫폼을 만드는 단순성과 효율성을 유지하면서 미래의 컴퓨팅 문제에 대한 의존도를 보장합니다.