第四節(jié) arm匯編語言設計2

ARM匯編、C和C++混合編程

在C/C++程序中如果必須使用匯編指令來完成某些操作，可以采用兩種方法：1.采用內(nèi)嵌匯編：即在C/C++源程序中嵌入一塊匯編代碼；2.形成一個子程序：C/C++程序可以調(diào)用這些匯編程序來完成特定的操作。內(nèi)嵌匯編內(nèi)嵌匯編（inlineassembly）的語法如下：__asm{

指令[;指令]/*注釋*/ … [指令]}內(nèi)嵌匯編的指令用法內(nèi)嵌在C或者C++程序中的ARM匯編指令與普通（ADS）格式的ARM匯編指令有所不同。CPU的內(nèi)部寄存器資源使用有額外約束，以下講解內(nèi)嵌ARM匯編指令的用法。ARM內(nèi)嵌匯編程序的操作數(shù)內(nèi)嵌匯編指令中作為操作數(shù)的寄存器和常量可以是表達式。這些表達式可以是char，short或int類型，而且這些表達式都是作為無符號數(shù)進行操作，編譯器將會計算這些表達式的值，并為其分配寄存器。ARM內(nèi)嵌匯編程序的物理寄存器內(nèi)嵌匯編程序中使用物理寄存器有以下限制。1.不能直接向PC寄存器賦值，程序跳轉(zhuǎn)只能使用B或BL指令實現(xiàn)2.不要使用過于復雜的C表達式，因為將會需要較多的物理寄存器，這將導致與其他指令中用到的物理寄存器產(chǎn)生使用沖突。

inttmp,r1;

__asm{MOVr1,1<<3MOVtmp,r1++MRStmp,CPSR //CPSR->tempORRtmp,tmp,#0x80 //置I位

MSRCPSR_c,tmp

//temp->CPSR}MOVR2,#0x00000008;r1<->R2MOVR0,R2ADDR2,R2,#0x00000001MOVR1,R0;tmp<->R1MRSR1,CPSRORRR1,R1,#0x00000080MSRCPSR_c,R1其他內(nèi)嵌匯編程序的編寫注意點常量：在內(nèi)嵌匯編指令中，常量前面的“#”可以省略。指令展開：內(nèi)嵌匯編指令中，如果包含常量操作數(shù)，該指令可能被內(nèi)嵌匯編器展開成幾條指令。標號：C程序中的標號可以被內(nèi)嵌的匯編指令使用，但是只有指令B可以使用C程序中的標號，而指令BL則不能使用。內(nèi)存單元的分配：所有的內(nèi)存分配均由C編譯器完成，分配的內(nèi)存單元通過變量供內(nèi)嵌匯編器使用。內(nèi)嵌匯編器不支持內(nèi)嵌程序中用于內(nèi)存分配的偽指令。#definea1int

main(void){chartmp;

intr1=0;__asm{MOVtmp,a*aMOVtmp,a==1 MOVtmp,a^0xffffffff MOVtmp,r1<<=3}}MOVR0,#0x00000000;初始化MOVR2,#0x00000001;MOVtmp,a*aMOVR2,#0x00000001;MOVtmp,a==1MVNR2,#0x00000001;MOVtmp,a^0xffffffff

MOVR3,R0,LSL#3;MOVtmp,r1<<=3MOVR0,R3MOVR1,R3MOVR0,R1MOVR2,R0內(nèi)嵌匯編程序中的SWI和BL指令SWI和BL指令：在兩個指令使用到內(nèi)嵌匯編中，除了正常的操作數(shù)域外，還必須增加以下3個可選的寄存器列表：

用于輸入?yún)?shù)的寄存器列表。

用于存儲返回結(jié)果的寄存器列表。

用于表示那些寄存器將有可能會被修改的寄存器列表。內(nèi)嵌匯編代碼舉例字符串復制#include<stdio.h>voidstr_cpy(constchar*src,char*dst){

int

ch; __asm { loop://普通ARM匯編代碼中的標號后面不能跟冒號。C程序中

//的標號可以被內(nèi)嵌的匯編指令使用。ARM內(nèi)嵌匯編代碼中

//只有B指令可以使用C的標號，而BL指令不能夠使用C代碼

//的標號。C程序的標號后面跟冒號，由Goto語句轉(zhuǎn)向標號處。

LDRB ch,[src],#1 STRB ch,[dst],#1 CMPch,#0 BNE loop }}LDRBr2,[r0],#1STRBr2,[r1],#1CMPr2,#0BNE{pc}-0xc;0x0MOVpc,r14內(nèi)嵌匯編代碼舉例字符串復制int

main(void){ constchar*a="Helloworld!\n"; charb[20]; __asm { MOVR0,a//將串a(chǎn)的串首地址送到R0寄存器

MOVR1,b//將串b的串首地址送到R1寄存器

BLstr_cpy,{R0,R1}//調(diào)用C函數(shù)str_cpy() }

printf("Originalstring:%s\n",a);

printf("Copiedstring:%s\n",b);//半主機方式顯示復制前后的兩個串

return(0);}STMFDr13!,{r4,r14}SUBr13,r13,#0x18ADDr4,pc,#0x2c;#0x50MOVr0,r4ADDr1,r13,#4BLstr_cpy;0x0MOVr1,r4ADDr0,pc,#0x28;#0x60BL_printfADDr1,r13,#4ADDr0,pc,#0x34;#0x78BL_printfMOVr0,#0ADDr13,r13,#0x18LDMFDr13!,{r4,pc}內(nèi)嵌匯編器與armasm匯編器差異

內(nèi)嵌匯編器不支持通過“.”指示符或PC值來獲取當前指令的地址。不支持“LDRLRn，=expr”偽指令，而使用“MOVRn，expr”指令向寄存器賦值。

不支持標號表達式。

不支持ADR和ADRL偽指令。不支持BX指令。不能向PC直接賦值。當使用8位移位常數(shù)導致CPSR的ALU標志更新時，N、Z、C和V標志中的C不具有真實意義。

C/C++程序與ARM匯編語言程序的相互調(diào)用

C/C++程序與匯編程序相互調(diào)用時，應遵守相應的ATPCS，主要有五種調(diào)用。ARM匯編子程序調(diào)用C語言子程序ARM匯編子程序調(diào)用C++語言子程序C語言程序調(diào)用ARM匯編語言子程序C++語言程序調(diào)用ARM匯編語言子程序C語言程序調(diào)用C++語言子程序ATPCSATPCS（ARM-ThumbProcedureCallStandard）規(guī)定了一些子程序間調(diào)用的基本規(guī)則。使用ADS的C語言編譯器編譯的C語言子程序滿足用戶指定的ATPCS類型。而對于匯編語言來說，則需要用戶來保證各個子程序滿足ATPCS的要求。AAPCS2007年ARM公司正式推出了AAPCS標準ARMArchtectureProcedureCallStandardAAPCS是ATPCS的改進版目前，AAPCS和ATPCS都是可用的標準寄存器的使用規(guī)則子程序間通過寄存器R0～R3來傳遞參數(shù)。這時，寄存器R0～R3可記作a0～a3。在子程序中，使用寄存器R4～R11來保存局部變量。這時，寄存器R4～R11可以記作v1～v8。寄存器R12用作過程調(diào)用中間臨時寄存器，記作IP。在子程序之間的連接代碼段中常常有這種使用規(guī)則。寄存器的使用規(guī)則（續(xù)）寄存器R13用作堆棧指針，記作SP。寄存器SP在進入子程序時的值和退出子程序時的值必須相等。寄存器R14稱為連接寄存器，記作LR。它用于保存子程序的返回地址。如果在子程序中保存了返回地址，寄存器R14則可以用作其他用途。寄存器R15是程序計數(shù)器，記作PC。它不能用作其它用途。堆棧使用規(guī)則ATPCS規(guī)定堆棧為FD類型，即滿遞減堆棧，并且對堆棧的操作是8字節(jié)對齊。對于匯編程序來說，如果目標文件中包含了外部調(diào)用，則必須滿足下列條件：（1）外部接口的堆棧必須是8字節(jié)對齊的。（2）在匯編程序中使用PRESERVE8偽指令告訴連接器，本匯編程序數(shù)據(jù)是8字節(jié)對齊的。參數(shù)個數(shù)可變子程序參數(shù)傳遞規(guī)則

在傳遞參數(shù)時，依次將各字數(shù)據(jù)傳遞到寄存器R0，R1，R2和R3中。如果參數(shù)多于4個，則將剩余的字數(shù)據(jù)傳遞到堆棧中。入棧的順序與參數(shù)傳遞順序相反，即最后一個字數(shù)據(jù)先入棧。子程序結(jié)果返回規(guī)則結(jié)果為一個32位整數(shù)時，可以通過寄存器R0返回；結(jié)果為一個64位整數(shù)時，可以通過寄存器R0和Rl返回；結(jié)果為一個浮點數(shù)時，可以通過浮點運算部件的寄存器f0、d0或s0來返回；對于位數(shù)更多的結(jié)果，需要通過內(nèi)存來傳遞。C/C++程序調(diào)用ARM匯編子程序要點設計匯編程序必須遵守ATPCS，保證程序調(diào)用時參數(shù)的正確傳遞。在匯編程序中使用EXPORT指示符聲明本程序可以被別的程序調(diào)用。在C語言程序中使用extern關鍵詞聲明該匯編程序可以被調(diào)用，C++語言程序使用extern“C”來聲明該匯編程序可以被調(diào)用。例1C程序調(diào)用ARM匯編子程序/*main_0522.csemihostingoutputmode*/#include<stdio.h>externint

asmfile(intarg1,intarg2,intarg3);int

main(void){inta1=1,a2=2,a3=4;printf("ExampleofCProgramcallingAssemblyprogram!\n");printf("(%d+%d+%d)*600=%d\n",a1,a2,a3,asmfile(a1,a2,a3));return(0);}C程序調(diào)用ARM匯編子程序（續(xù)）;ASM_0522.sEXPORTasmfileAREAMy_pro,CODE,READONLYasmfile

STMFDSP!,{R4-R6,R8,R7} addr0,r0,r1 addr0,r0,r2

mov r4,#600

mulr3,r0,r4

mov r0,r3 LDMFDSP!,{R4-R6,R8,R7}

movpc,lr END例2ARM匯編程序調(diào)用C語言子程序本案例程序比較兩個IP地址的大小，a1~a4存放IP地址1的值（按照ATPCS傳遞參數(shù)），b1~b4存放IP地址2的值（通過棧傳遞參數(shù)），如果IP地址1的值大于IP地址2的值則返回1，如果IP地址1的值小于IP地址2的值則返回-1，如果兩者相等則返回零。IP地址1取值：192.168.1.152IP地址2取值：

172.0.0.151

例2ARM匯編程序調(diào)用C子程序/*C代碼部分*/#include<stdio.h>externint

function(void);/*聲明function是外部函數(shù)*/int

compare_ip(inta1,inta2,inta3,inta4,intb1,intb2,intb3,intb4){ if(a1!=b1) returna1>b1?1:-1; if(a2!=b2) returna2>b2?1:-1; if(a3!=b3) returna3>b3?1:-1; if(a4!=b4) returna4>b4?1:-1; return0;}intmain(){

printf("Thisisaexampleofsemihosting\n");

printf("resultis%d\n",function());}例2ARM匯編調(diào)用C子程序 AREAFUNCTION,CODE,READONLY;ARM匯編子程序 IMPORTcompare_ip EXPORTfunctionfunction STMFD r13!,{r0-r3,r14};保存寄存器到棧區(qū) MOV r3,#0x97;存入IP地址2的4個數(shù),0x97=151 MOV r2,#0 ;存入0 MOV r1,#0 ;存入0 MOV r0,#0xac ;存入0xac=172 STMIA r13,{r0-r3} ;R0-R3覆蓋存入棧區(qū)的R0-R3位置 MOV r3,#0x98 ;存入IP地址1的4個數(shù),0x98=152 MOV r2,#1 ;存入1 MOV r1,#0xa8;存入0xa8=168 MOV r0,#0xc0 ;存入0xc0=192 BL compare_ip;調(diào)用C語言函數(shù)進行IP值比較 ADD r13,r13,#0x10 ;棧指針上移4個字（元素） LDR pc,[r13],#4 ;將保存的r14值加載到PC，而后r13加4 END

例2ARM匯編調(diào)用C子程序ARM匯編語言子程序Function的棧區(qū)操作圖解ARM匯編（子）程序的相互調(diào)用基本要點：如果一個ARM匯編語言程序文件含有調(diào)用外部匯編語言程序文件中子程序（函數(shù)）的指令，則需要用IMPORT指示符來指明將要調(diào)用的子程序名稱。如果本匯編語言程序文件中的某個子程序（函數(shù)），需要被外部的ARM匯編語言程序文件中的語句調(diào)用，則需要用EXPORT指示符來指明將要被調(diào)用的子程序（函數(shù)）名稱。被執(zhí)行的匯編子程序在運行前，要注意將寄存器組壓入棧區(qū)，返回時要注意將棧區(qū)保存的工作現(xiàn)場恢復到處理器的寄存器組。例3ARM匯編子程序嵌套調(diào)用這里給出的ARM匯編程序嵌套調(diào)用范例程序做如下計算：求自然數(shù)1到n的階乘的總和例3ARM匯編子程序嵌套調(diào)用#include<stdio.h>externint

asmFac(intn);struct

factorial_sum{int

cal_fn;int

sum_fn;intfn[9];};externstruct

factorial_sum*summing(struct

factorial_sum*arg1);例3ARM匯編子程序嵌套調(diào)用int

main(void){

intj;

struct

factorial_sum

fac={9,0,{1,1,1,1,1,1,1,1,1} };//設置參數(shù)

struct

factorial_sum*result; //申請變量作為返回值

printf("ExampleofamultiAssemblyprogramcalling!\n"); result=summing(&fac); //調(diào)用求和函數(shù)R0存放的是FAC變量的首地址

printf("Thetotalsumis%d\n",result->sum_fn);//輸出結(jié)果

for(j=0;j<9;j++){

printf("%d\t",(result->fn)[j]); } }例3ARM匯編子程序嵌套調(diào)用EXPORTsummingIMPORTasmFac ;說明用到了其他文件中的子匯編程序

AREASUMMING,CODE,READONLYsumming

stmfd sp!,{r4-r5}

ldr r1,[r0] ;r1=cal_fn

mov r2,#1 ;將r2設置為當前需要計算的階乘數(shù), ;它從1變化到cal_fn add r3,r0,#8 ;將r3指向fn數(shù)組

mov r5,#0 ;r5為總和,初始值置為0loop

cmp r1,r2 ;將cal_fn與當前所需計算的階乘值比較

blt back ;如果小于,則返回例3ARM匯編子程序嵌套調(diào)用

STMFDsp!,{r0-r3,lr};保存r0~r3,lr ;因為調(diào)用了外部文件的匯編子程序

mov r0,r2 ;將r0設置為當前所需計算的階乘值

bl

asmFac ;調(diào)用階乘函數(shù)

mov r4,r0 ;將返回值(階乘)存在r4中

ldmfd SP!,{R0-R3,lr};恢復先前保存的寄存器值

str r4,[r3] ;將計算所得的階乘值存入數(shù)組中

add r3,r3,#4 ;將r3指向數(shù)組的下一個

add r5,r5,r4 ;將階乘值加入總和

add r2,r2,#1 ;計算下一個階乘

bloop ;循環(huán)back

str r5,[r0,#4] ;將計算所得的總和存入結(jié)構(gòu)體中

ldmfd SP!,{R4-R5} ;恢復寄存器值

mov pc,lr ;summing子程序返回

END ;匯編代碼結(jié)束例3ARM匯編子程序嵌套調(diào)用;這個ARM匯編函數(shù)也可以被C函數(shù)調(diào)用，符合ATPCS規(guī)范;int

asmFac(intn)EXPORTasmFacAREAASMFILE,CODE,READONLYasmFac

mov r1,r0 ;r1=nloop subs r1,r1,#1;將r1減1

mulgt r0,r1,r0;如果大于0,則乘上r1(相當與n*(n-1))

bgt loop ;如果大于0,繼續(xù)

movpc,lr ;asmFac子程序返回

END ;匯編代碼結(jié)束例4ARM匯編子程序嵌套調(diào)用#include<stdio.h>intmain(){

printf("Helloworld\n"); return0;};Example7_asm.sAREAAsm_C,CODE,READONLYENTRY LDR SP,=0x4000 IMPORT __main BL __main B . END系統(tǒng)的初始化過程

初始化代碼:在用戶的應用程序運行之前完成系統(tǒng)初始化工作的代碼初始化代碼直接對ARM微處理器內(nèi)核及硬件控制器編程，多采用匯編語言編程，初始化代碼一般應包含如下典型任務：定義程序入口點設置異常向量初始化存儲器系統(tǒng)初始化堆棧指針寄存器初始化臨界I/O設備初始化C代碼的運行環(huán)境改變處理器的運行模式和狀態(tài)使能中斷進入C代碼運行系統(tǒng)的初始化過程

ARM微處理器在復位或上電狀態(tài)下的默認模式為管理模式（SupervisorMode），而在初始化代碼中可能需要切換到其他模式進行必要的操作，如初始化各個模式下的堆棧指針寄存器，因此，在系統(tǒng)的初始化過程中處理器模式一般會經(jīng)歷如下變化：(1)初始化存儲設備(2)初始化堆棧空間(3)初始化必要的硬件設備(1)匯編程序入口(2)系統(tǒng)初始化，設置中斷向量(3)關看門狗及中斷IMPORT__mainLDRlr,=__mainMOVpc,lr__main__scatterload(1)把RW/RO段從裝載域復制到相應的RAM中（即運行域）(2)初始化ZI段__rt_entry(1)初始化庫函數(shù)(2)建立堆棧(3)調(diào)用main()(4)退出應用(5)用main()函數(shù)的返回值做為exit()參數(shù)

main()系統(tǒng)的初始化過程進入C代碼運行 最簡單的情況：

IMPORT C_Entry

；定義一個外部標號，一般不使用main

B C_Entry

；跳轉(zhuǎn)到該處執(zhí)行

在ARM的ADS編譯環(huán)境中，還另外提供了一種進入C代碼的機制：

IMPORT __main B __main

__main()是編譯器提供的一個函數(shù)，負責完成庫函數(shù)的初始化和對C代碼運行環(huán)境的初始化，最后自動跳轉(zhuǎn)到main()函數(shù)執(zhí)行，此時應用程序的主函數(shù)名必須是main()。 用戶可以根據(jù)需要選擇是否使用__main()函數(shù)，如果想讓系統(tǒng)自動完成初始化過程，可以使用__main()函數(shù)；如果所有的初始化過程都由用戶自己完成，則不使用__main()函數(shù)。系統(tǒng)的初始化過程定義程序入口點 初始化代碼必須定義整個程序的入口點（EntryPoint）

偽操作Entry

鏈接器的設置 確定整個程序的入口點系統(tǒng)的初始化過程設置異常向量

AREA Init,CODE,READONLY ENTRY B Reset_Handler

B Undef_Handler B SWI_Handler B PreAbort_Handler B DataAbort_Handler B . B IRQ_Handler B FIQ_HandlerReset_Handler

系統(tǒng)的初始化過程初始化存儲器系統(tǒng)

初始化存儲器系統(tǒng)主要包含對系統(tǒng)存儲器控制器的初始化，如果系統(tǒng)具有存儲器管理單元（MMU）,也必須對其進行初始化。 基于ARM微處理器的系統(tǒng)一般都需要外擴大容量的存儲器，這些存儲器需要專門的存儲器控制器控制其讀、寫操作。系統(tǒng)的初始化過程存儲器的地址分配與地址重映射（Remap）

存儲器的地址分配也就是將物理存儲器定位在4GB地址空間的具體位置

ARM微處理器常采用兩種方式來完成地址分配:固定的存儲器地址分配存儲器地址重映射（Remap）

系統(tǒng)的初始化過程FLASH中斷向量表程序(RO)RAM堆棧數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)(RO)FLASH中斷向量表程序(RO)內(nèi)部RAM數(shù)據(jù)(RW)內(nèi)部RAM中斷向量表FLASH堆棧程序數(shù)據(jù)外部SRAMSDRAM外部SRAMSDRAM4G存儲空間4G存儲空間4G存儲空間固定的存儲器地址分配存儲器地址重映射（Remap）系統(tǒng)的初始化過程初始化堆棧指針寄存器

SP_svc

SP_irq

SP_fiq

SP_abt

SP_und

SP_usr系統(tǒng)的初始化過程初始化堆棧的示例代碼，共初始化了三種模式下的堆棧指針寄存器：

MODEMASK EQU 0x1F FIQMODE EQU 0x11 IRQMODE EQU 0x12 SVCMODE EQU 0x13

SVCStack

EQ