arm嵌入式原理技術及應用ch4

2024/11/6第四章ARM匯編程序設計2024/11/6

◆了解與熟悉ADS下的偽操作和宏指令以及它的應用

◆了解與熟悉GNU下的偽操作和宏指令以及它的應用

◆熟悉ARMATPCS

◆能夠利用匯編語言進行簡單的程序設計2024/11/61.偽指令、偽操作和宏指令概念

偽指令——是匯編語言程序里的特殊指令助記符，在匯編時被合適的機器指令替代。偽操作——為匯編程序所用，在源程序進行匯編時由匯編程序處理，只在匯編過程起作用，不參與程序運行。4.1.匯編偽指令和宏指令2024/11/6

宏指令——通過偽操作定義的一段獨立的代碼。在調用它時將宏體插入到源程序中。也就是常說的宏。

說明：所有的偽指令、偽操作和宏指令，均與具體的開發(fā)工具中的編譯器有關，當前主要采用ARM公司的“ADS/SDTIDE”開發(fā)工具，所以后面的討論，均是基于ARM公司的開發(fā)工具。2024/11/62.ARM匯編偽指令ARM偽指令不屬于ARM指令集中的指令，是為了編程方便而定義的。偽指令可以像其它ARM指令一樣使用，但在編譯時這些指令將被等效的ARM指令代替。ARM偽指令有四條，分別是：ADR：小范圍的地址讀取偽指令。ADRL：中等范圍的地址讀取偽指令。LDR：大范圍的地址讀取偽指令。NOP：空操作偽指令。2024/11/6(1)ADR——小范圍的地址讀取

ADR偽指令功能：將基于PC相對偏移的地址值或基于寄存器相對偏移的地址值讀取到寄存器中。

ADR偽指令功能的實現(xiàn)方法：在匯編編譯器編譯源程序時，ADR偽指令被編譯器替換成一條合適的指令。通常，編譯器用一條ADD指令或SUB指令來實現(xiàn)此ADR偽指令的功能，若不能用一條指令實現(xiàn)，則產生錯誤，編譯失敗。

語法格式：

ADR{cond}register，expr其中：register：加載的目標寄存器。expr：地址表達式。取值范圍是參考P2122024/11/6例1：

……(0x20)ADRR1,Delay……Delay(0x64)MOVR0,R14……

使用ADR將程序標號Delay所表示的地址存入R1。編譯后的反匯編代碼：

……ADDR1,PC,#0x3C……MOVR0,R14PC+0x3C=0x20+0x08+0x3C=0x642024/11/6例2：查表

ADRR0,D_TAB;加載轉換表地址

LDRBR1,[R0,R2];使用R2作為參數(shù)，進行查表

……D_TABDCB0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x922024/11/6（2）ADRL——中等范圍的地址讀取

ADRL偽指令功能：將基于PC相對偏移的地址值或基于寄存器相對偏移的地址值讀取到寄存器中，比ADR偽指令可以讀取更大范圍的地址。

ADRL偽指令功能實現(xiàn)方法：在匯編編譯器編譯源程序時，ADRL被編譯器替換成兩條合適的指令。若不能用兩條指令實現(xiàn)，則產生錯誤，編譯失敗。

語法格式：

ADRL{cond}register,expr

其中：register：加載的目標寄存器。expr：地址表達式。取值范圍參考P2122024/11/6例3：

……(0x20)ADRLR1,Delay

……Delay(0x64)MOVR0,R14

……

使用ADRL將程序標號Delay所表示的地址存入R1。編譯后的反匯編代碼：

……ADDR1,PC,#0x3CADDR1,R1,#0……MOVR0,R14ADRL偽指令被匯編成兩條指令，盡管第2條指令并沒有意義。2024/11/6（3）LDR——大范圍的地址讀取

LDR偽指令功能：用于加載32位立即數(shù)或一個地址值到指定的寄存器。

LDR偽指令功能實現(xiàn)方法：在匯編編譯源程序時，LDR偽指令被編譯器替換成一條合適的指令。

若加載的常數(shù)未超過MOV或MVN的范圍，則使用MOV或MVN指令代替該LDR偽指令；

否則匯編器將常量放入文字池，并使用一條程序相對偏移的LDR指令從文字池讀出常量。

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語法格式：

LDR{cond}register,=expr

其中：Register：加載的目標寄存器。expr：32位常量或地址表達式。2024/11/6例4：

……(0x060)LDRR1,=Delay……Delay(0x102)MOVR0,R14……

使用LDR將程序標號Delay所表示的地址存入R1。編譯后的反匯編代碼：

……LDRR1,stack……DelayMOVR0,R14……LTORGstackDCD0x102LDR偽指令被匯編成一條LDR指令,并在文字池中定義一個常量,該常量為標號Delay的地址。2024/11/6

注意：從指令位置到文字池的偏移量必須小于4KB。與ARM指令的LDR的區(qū)別：偽指令LDR的參數(shù)有“=”號。2024/11/6（4）NOP——空操作偽指令

NOP偽指令功能實現(xiàn)方法：在匯編時將被替代成ARM中的空操作，比如可能是“MOVR0,R0”指令等。

用途：NOP可用于延時操作。

語法格式：NOP

例：延時子程序

DelayNOP;空操作

NOPNOPSUBSR1,R1,#1;循環(huán)次數(shù)減1BNEDelayMOVPC,LR2024/11/63.ARM匯編偽操作 ADS編譯環(huán)境下的偽操作可分為以下幾類：◆符號定義（SymbolDefinition）偽操作◆數(shù)據定義（DataDefinition）偽操作◆匯編控制（AssemblyControl）偽操作◆其它（Miscellaneous）偽操作2024/11/6(1)符號定義偽操作GBLA，GBLL，GBLS：聲明全局變量。LCLA，LCLL，LCLS：聲明局部變量。SETA，SETL，SETS：給變量賦值。RLIST：為通用寄存器列表定義名稱。

2024/11/6(2)數(shù)據定義偽操作LTORG：聲明一個數(shù)據緩沖池的開始SPACE：分配一塊字節(jié)內存單元，并用0初始化DCB：分配一段字節(jié)內存單元，并初始化DCD、DCDU：分配一段字內存單元，并初始化MAP：定義一個結構化的內存表的首地址FIELD：定義結構化內存表中的一個數(shù)據域

2024/11/6◆MAP、FIELD、SPACEMAP0x100，R0；定義結構化內存表首地址的值為0x100＋R0AFIELD16 ；定義A的長度為16字節(jié)，位置為0x110+R0LTORG;定義數(shù)據緩沖池&0x8000DataSPACE4200;從當前位置開始分配4200字節(jié)的內存單元，并初始化為0。

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◆LTORG

用于聲明一個數(shù)據緩沖池（文字池）的開始。

語法格式：

LTORG例：startBLfunc ；……funcLDRR1,=0x8000;子程序……MOVPC,LR;子程序返回

LTORG;定義數(shù)據緩沖池&0x8000DataSPACE4200;從當前位置開始分配4200字節(jié)的內存單元，并初始化為0。END默認數(shù)據緩沖池為空2024/11/6注意：LTORG偽操作通常放在無條件跳轉指令之后，或者子程序返回指令之后，這樣處理器不會錯誤地將數(shù)據緩沖池中的數(shù)據當作指令來執(zhí)行。 通常ARM匯編編譯器把數(shù)據緩沖池放在代碼段的最后面，即下一個代碼段開始之前，或者END偽操作之前。2024/11/6

◆

DCB——也可以用符號”=”表示 用于定義并且初始化一個或者多個字節(jié)的內存區(qū)域。

語法格式：

{label}DCBexpr{,expr}……或{label}=expr{,expr}其中expr表示： -128到255之間的一個數(shù)值常量或者表達式。一個字符串。

注意：當DCB后面緊跟一個指令時，可能需要使用ALIGN確保指令是字對齊的。2024/11/6

例：shortDCB1 ;為short分配了一個字節(jié),并初始化為1。 stringDCB“string”,0 ;構造一個以0結尾的字符串

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◆DCD、DCDU分配一段字內存單元

（1）DCD——分配一段字對齊的內存單元 用于分配一段字對齊的內存單元，并初始化。DCD也可以用符號”&”表示 語法格式：

{label}DCDexpr{,expr}……或{label}&expr{,expr}……

其中：expr：數(shù)字表達式或程序中的標號。

注意：DCD偽操作可能在分配的第一個內存單元前插入填補字節(jié)以保證分配的內存是字對齊的。2024/11/6 例： data1DCD2,4,6;為data1分配三個字,內容初始化為2,4,6data2DCDlabel+4;初始化data2為label+4對應的地址

（2）DCDU——分配一段字非嚴格對齊的內存單元 DCDU與DCD的不同之處在于DCDU分配的內存單元并不嚴格字對齊。2024/11/6（3）匯編控制偽操作IF,ELSE及ENDIF：有條件選擇匯編WHILE及WEND：有條件循環(huán)（重復）匯編MACRO,MEND及MEXIT：宏定義匯編2024/11/6（4）其它偽操作◆AREA：定義一個代碼段或數(shù)據段◆CODE16、CODE32：告訴編譯器后面的指令序列位數(shù)◆ENTRY：指定程序的入口點 ◆ALIGN：將當前的位置以某種形式對齊

◆END：源程序結尾

◆EQU：為數(shù)字常量、基于寄存器的值和程序中的標號定義一個字符名稱。2024/11/6◆EXPORT、GLOBAL：聲明源文件中的符號可以被其他源文件引用◆IMPORT、EXTERN：聲明某符號是在其他源文件中定義的◆GET、INCLUDE：將一個源文件包含到當前源文件中，并將被包含的文件在其當前位置進行匯編處理?！鬒NCBIN：將一個文件包含到當前源文件中，而被包含的文件不進行匯編處理2024/11/61）AREA

用于定義一個代碼段或是數(shù)據段。

語法格式：

AREAsectionname{,attr}{,attr}…

其中：sectionname：為所定義的段的名稱。attr：該段的屬性。具有的屬性為：CODE：定義代碼段。DATA：定義數(shù)據段。READONLY：指定本段為只讀,代碼段的默認屬性。READWRITE：指定本段為可讀可寫,數(shù)據段的默認屬性。2024/11/6ALIGN：指定段的對齊方式為2expression。expression的取值為0~31。COMMON：指定一個通用段。該段不包含任何用戶代碼和數(shù)據。NOINIT：指定此數(shù)據段僅僅保留了內存單元，而沒有將各初始值寫入內存單元，或者將各個內存單元值初始化為0。

注意：一個大的程序可包含多個代碼段和數(shù)據段。一個匯編程序至少包含一個代碼段。2024/11/6

2）CODE16和CODE32 CODE16告訴匯編編譯器后面的指令序列為16位的Thumb指令。

CODE32告訴匯編編譯器后面的指令序列為32位的ARM指令。

語法格式：

CODE16CODE32

注意：CODE16和CODE32只是告訴編譯器后面指令的類型，該偽操作本身不進行程序狀態(tài)的切換。2024/11/6

例：AREAChangeState,CODE,READONLYENTRY

CODE32;下面為32位ARM指令

LDRR0,=start+1BXR0……

CODE16;下面為16位Thumb指令startMOVR1,#10…….END;切換到Thumb狀態(tài)，并跳轉到start處執(zhí)行2024/11/6

3）ENTRY

指定程序的入口點。

語法格式：

ENTRY

注意： 一個程序（可包含多個源文件）中至少要有一個ENTRY（可以有多個ENTRY），但一個源文件中最多只能有一個ENTRY（可以沒有ENTRY）2024/11/6

4）ALIGN

ALIGN偽操作通過填充0將當前的位置以某種形式對齊。

語法格式：

ALIGN{expr{,offset}}其中：expr：一個數(shù)字，表示對齊的單位。這個數(shù)字是2的整數(shù)次冪，范圍在20~231之間。 如果沒有指定expr，則當前位置對齊到下一個字邊界處。Offset：偏移量，可以為常數(shù)或數(shù)值表達式。不指定offset表示將當前位置對齊到以expr為單位的起始位置。2024/11/6例1：shortDCB1 ;本操作使字對齊被破壞ALIGN ;重新使其為字對齊MOVR0,1例2：ALIGN8 ;當前位置以2個字的方式對齊2024/11/65）END

END偽操作告訴編譯器已經到了源程序結尾。

語法格式：

END

注意： 每一個匯編源程序都必須包含END偽操作，以表明本源程序的結束。2024/11/6

6）EQU EQU偽操作為數(shù)字常量、基于寄存器的值和程序中的標號定義一個字符名稱。

語法格式：

nameEQUexpr{，type}其中：name：為expr定義的字符名稱。expr：基于寄存器的地址值、程序中的標號、32位的地址常量或者32位的常量。表達式，為常量。type：當expr為32位常量時，可以使用type指示expr的數(shù)據的類型。取值為：CODE32CODE16DATA2024/11/6

例：

abcdEQU2 ;定義abcd符號的值為2abcdEQUlabel+16;定義abcd符號的值為(label+16)abcdEQU0x1c,CODE32 ;定義abcd符號的值為絕對地址

;值0x1c，而且此處為ARM指令2024/11/67）EXPORT及GLOBAL

聲明一個源文件中的符號，使此符號可以被其他源文件引用。

語法格式：

EXPORT/GLOBALsymbol{[weak]}其中：symbol：聲明的符號的名稱。（區(qū)分大小寫）[weak]：聲明其他同名符號優(yōu)先于本符號被引用。例：AREAexample，CODE，READONLY

EXPORTDoAddDoAddADDR0，R0，R12024/11/68）IMPORT及EXTERN

聲明一個符號是在其他源文件中定義的。

語法格式：

IMPORTsymbol{[weak]} EXTERNsymbol{[weak]}其中：symbol：聲明的符號的名稱。2024/11/6[weak]：當沒有指定此項時，如果symbol在所有的源文件中都沒有被定義，則連接器會報告錯誤。當指定此項時，如果symbol在所有的源文件中都沒有被定義，則連接器不會報告錯誤，而是進行下面的操作。如果該符號被B或者BL指令引用，則該符號被設置成下一條指令的地址，該B或BL指令相當于一條NOP指令。其他情況下此符號被設置成0。2024/11/6 9）GET及INCLUDE

將一個源文件包含到當前源文件中，并將被包含的文件在其當前位置進行匯編處理。

指令格式：

GETfilename INCLUDEfilename其中:filename:包含的源文件名，可以使用路徑信息（可包含空格）。 例：GETd:\arm\file.s2024/11/610）INCBIN

將一個文件包含到當前源文件中，而被包含的文件不進行匯編處理

指令格式：

INCBINfilename其中：filename：被包含的文件名稱，可使用路徑信息（不能有空格）。

適用情況：通常使用此偽操作將一個可執(zhí)行文件或者任意數(shù)據包含到當前文件中。 例：INCBINd:\arm\file.txt2024/11/6

例：編寫一具有完整匯編格式的程序，實現(xiàn)冒泡法排序功能。設無符號字數(shù)據存放在從0x400004開始的區(qū)域，字數(shù)據的數(shù)目字存放在0x400000中。AREASORT，CODE，READONLY ENTRYSTART MOV R1，#0x400000LP SUBS R1，R1，#1 BEQ EXIT MOV R7，R1 LDR R0，=0x400004LP1 LDR R2，[R0]，#4 LDR R3，[R0] CMP R2，R3 STRLOR3，[R0,#-4] STRLOR2，[R0] SUBSR7，R7，#1 BNE LP1 B LPEXIT END2024/11/64.GNU下的偽操作和宏指令

GNU編譯環(huán)境下的偽操作可分為以下幾類：1）常量編譯控制偽操作2）匯編程序代碼控制偽操作3）宏及條件編譯控制偽操作4）其他偽操作2024/11/61）常量編譯控制偽操作2024/11/6２）匯編程序代碼控制偽操作2024/11/6３）宏及條件編譯控制偽操作2024/11/6４）其他偽操作2024/11/65.ADS與GNU編譯環(huán)境下的比較

2024/11/62024/11/64.２ARMATPCS1.基本ATPCS

ATPCS就是ARM程序和Thumb程序中子程序調用的基本規(guī)則。ATPCS規(guī)定了一些子程序間調用的基本規(guī)則。◆子程序調用過程中寄存器的使用規(guī)則◆數(shù)據棧的使用規(guī)則◆參數(shù)的傳遞規(guī)則。2024/11/6

相對于其他類型的ATPCS，滿足基本ATPCS的程序的執(zhí)行速度更快，所占用的內存更少。

它不能提供以下的支持：

1）ARM程序和Thumb程序相互調用；

2）數(shù)據以及代碼的位置無關的支持；

3）子程序的可重入性；

4）數(shù)據棧檢查的支持。2024/11/61）寄存器的使用規(guī)則

寄存器的使用必須滿足下面的規(guī)則：◆子程序間通過寄存器R0一R3來傳遞參數(shù)◆在子程序中，使用寄存器R4～R11來保存局部變量．◆寄存器R12用作子程序間scratch寄存器（用于保存SP，在函數(shù)返回時使用該寄存器出棧），記作ip。在子程序間的連接代碼段中常有這種使用規(guī)則。2024/11/6◆寄存器R13用作數(shù)據棧指針，記作sp?！艏拇嫫鱎14稱為連接寄存器，記作lr?！艏拇嫫鱎15是程序計數(shù)器，記作pc。它不能用作其他用途。2024/11/6

ATPCS中各寄存器的使用規(guī)則及其名稱2024/11/62）數(shù)據棧使用規(guī)則棧指針通常可以指向不同的位置。當棧指針指向棧頂元素(即最后一個入棧的數(shù)據元素)時，稱為FULL棧；當棧指針指向與棧頂元素(即最后一個入棧的數(shù)據元素)相鄰的一個可用數(shù)據單元時，稱為EMPTY棧。數(shù)據棧的增長方向也可以不同。當數(shù)據棧向內存地址減小的方向增長時，稱為DESCENDING棧，當數(shù)據棧向內存地址增加的方向增長時，稱為ASCENDING棧。2024/11/6

綜合這兩種特點可以有以下4種數(shù)據棧。FDFullDescendingEDEmptyDescendingFAFullAscendingEAEmptyAscendingATPCS規(guī)定數(shù)據棧為FD類型，并且對數(shù)據棧的操作是8字節(jié)對齊的。2024/11/63）數(shù)傳遞規(guī)則

（1）參數(shù)個數(shù)可變的子程序參數(shù)傳遞規(guī)則：對于參數(shù)個數(shù)可變的子程序，當參數(shù)不超過4個時，可以使用寄存器R0~R3來傳遞參數(shù)；當參數(shù)超過4個時，還可以使用數(shù)據棧來傳遞參數(shù)。在參數(shù)傳遞時，將所有參數(shù)看作是存放在連續(xù)的內存字單元中的宇數(shù)據。然后，依次將各字數(shù)據傳送到寄存器R0、Rl、R2、R3中，如果參數(shù)多于4個，將剩余的字數(shù)據傳送到數(shù)據棧中，入棧的順序與參數(shù)順序相反，即最后一個字數(shù)據先入棧。2024/11/6（2）參數(shù)個數(shù)固定的子程序參數(shù)傳遞規(guī)則對于參數(shù)個數(shù)固定的子程序，參數(shù)傳遞與參數(shù)個數(shù)可變的子程序參數(shù)傳遞規(guī)則不同。如果系統(tǒng)包含浮點運算的硬件部件，浮點參數(shù)將按照下面的規(guī)則傳遞：

█各個浮點參數(shù)按順序處理。

█為每個浮點參數(shù)分配FP寄存器。

█分配的方法是，滿足該浮點參數(shù)需要的且編號最小的一組連續(xù)的FP寄存器。第一個整數(shù)參數(shù)，通過寄存器R0～R3來傳遞。其他參數(shù)通過數(shù)據棧傳遞。2024/11/6（3）子程序結果返回規(guī)則結果為一個32位的整數(shù)時，可以通過寄存器R0返回。結果為一個64位整數(shù)時，可以通過寄存器R0和R1返回，依次類推。結果為一個浮點數(shù)時，可以通過浮點運算部件的寄存器f0、d0或者s0來返回。結果為復合型的浮點數(shù)(如復數(shù))時，可以通過寄存鉛f0~fn或者d0~dn來返回。對于位數(shù)更多的結果，需要通過內存來傳遞。2024/11/62.ARM和Thumb程序混合使用在編譯和匯編時，使用/interwork告訴編譯器生成的目標代碼遵守支持ARM程序和Thumb程序混合使用的ATPCS。它用在以下場合：1)程序中存在ARM程序調用Thumb程序的情況。2)程序中存在Thumb程序調用ARM程序的情況。3)需要連接器來進行ARM狀態(tài)和Thumb狀態(tài)切換的情況。2024/11/6例如：進行狀態(tài)切換的匯編程序ARMADRr0，ThumbProg+1BXr0；跳到ThumbProg，程序切換到Thumb狀志THUMB ；THUMB指示編譯器后面的為Thumb指令ThumbProg:...ADRr0，ARMProgBX r0；跳轉到ARMProg，程序切換到ARM狀態(tài)ARM ；ARM指示編譯器后面的為ARM指令ARMProg:MOVr4，#42024/11/64.３ARM程序設計１.ARM匯編語言程序設計

ARM匯編語言以段（section）為單位組織源文件。段是相對獨立的、具有特定名稱的、不可分割的指令或數(shù)據序列。段又可以分為代碼段和數(shù)據段，代碼段存放執(zhí)行代碼，數(shù)據段存放代碼運行時需要用到的數(shù)據。一個ARM源程序至少需要一個代碼段，大的程序可以包含多個代碼段和數(shù)據段。2024/11/6１）ARM匯編中的文件格式ARM源程序文件（可簡稱為源文件）可以由任意一種文本編輯器來編寫程序代碼，它一般為文本格式。在ARM程序設計中，常用的源文件可簡單分為以下幾種.

2024/11/62）ARM匯編語言語句格式ARM匯編語言語句格式如下所示：｛symbol｝｛instruction|directive|pseudo-instruction｝｛；comment｝其中：

instruction為指令。

directive為偽操作。

pseudo-instrkeuction為偽指令。

symbol為符號。

comment為語句的注釋。

2024/11/6ARM匯編語言中，符號可代表地址、變量和數(shù)字常量。數(shù)字常量一般有3種表達方式：

十進制數(shù)，如79、4等。

十六進制數(shù)，以0x和&開頭，如0x345、0xFB。

n進制數(shù)，用n_XXX表示，如2_01100101、8_5642。標號：表示程序中的指令或數(shù)據地址的符號，代表地址。局部標號：主要用于局部范圍代碼。2024/11/6３）ARM匯編語言程序格式

ADS環(huán)境下ARM匯編語言源程序的基本結構:AREAEXAMPLE，CODE，READONLYENTRYstartMOVr0，#10MOVr1，#3

ADDr0，r0，r1END上述程序的程序體部分實現(xiàn)了一個簡單的加法運算。

2024/11/6GNU環(huán)境下ARM匯編語言源程序的基本結構：.equ x,45 /*定義變量x,并賦值為45*/.equ y,64 /*定義變量y,并賦值為64*/.equ stack_top,0x1000 /*定義棧頂0x1000*/.global_start.text_start: /*程序代碼開始標志*/MOVsp,#stack_topMOVr0,#x /*x的值放入R0*/MOVr1,#y /*y的值放入R0*/

ADDr2,r1,r0/*求二者之和并放入R1中*/

STR r2,[sp]/*將二者之和保存到堆棧中*/stop:

B stop/*程序結束，進入死循環(huán)*/.end