ARM开发入门与汇编基础

2019-12-12

关键字：汇编指令基础

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首先 ARM 是一家公司，它成立于 1990 年。ARM 公司主要是设计 ARM 系列的 RISC 处理器内核，并将这些内核授权给合作伙伴进行生产与销售。ARM 公司是一家只负责设计内核而不生产芯片的公司。

 

ARM 芯片的产品线主要分为三种：

1、应用级

应用于高端产品的芯片，如智能手机等。其芯片代号为 A 系列，如 Cortex-A8 , Cortex-A9。

2、实时嵌入式

应用于一些对性能要求稍低一些的设备。其芯片代号为 R 系列，如 Cortext-R4。

3、MCU、FPGA

主要应用于对成本要求较高但性能要求较弱的产品。其芯片代号为 Cortext-M 系列。

 

ARM 的体系架构主要有以下四种：

1、ARMv4

2、ARMv5

3、ARMv6

4、ARMv7

不同体系架构拥有不同的指令集。

 

一个典型的 ARM 设备至少需要包含三个模块：1、FLASH；2、内存；3、CPU。

 

FLASH 负责存储程序，内存负责临时管理程序的运行状态而CPU则负责做计算处理。

 

CPU 中又有三个很重要的组成：1、控制器；2、运算器；3、寄存器。

 

控制器负责去 FLASH 中准确读取程序内容。运算器负责执行程序代码，或者说负责执行计算需求，而寄存器则负责存储需要计算的数据。

 

什么是交叉编译工具链？

交叉编译工具链是嵌入式行业常听的词汇。嵌入式设备的芯片通常都是 ARM 架构的，而我们用于开发嵌入式程序的电脑却通常都是 X86 架构的。两种芯片架构不同，所编译出来的程序自然也不能通用。那为了能在电脑上编译出嵌入式设备能用的程序来，就必须要用到这个交叉编译工具链了。它的作用就类似于一个“翻译官”，将在电脑上写的代码翻译成能在 ARM 架构的芯片上运行的程序出来。

 

ARM 的工作模式

ARM 主要有七种工作模式：

1、User

非特权模式，或者称为普通模式。大部分的任务执行都在这一模式下完成。

2、FIQ

中断模式(Fast)。当一个高优先级的中断发生时，就会进入这个模式。

3、IRQ

中断模式(normal)。当一个低优先级的中断发生时，就会进入这个模式。

4、Supervisor

超级用户模式。当复位或软中断指令执行时会进入这种模式。

5、Abort

当需要存取异常信息时会进入这个模式。

6、Undef

当执行未定义指令时会进入这个模式。

7、System

几乎与 User 模式一样，只是其权限会比 User 稍高一些。

 

ARM 有 37 个寄存器，其中 1 个是 PC 寄存器，1个是CPSR(Currnet program status register)寄存器，5个是SPSR(Saved program status register)寄存器以及30个通用寄存器。

 

汇编指令基础

MOV指令

MOV指令就是 move 的缩写。它表示移动寄存器的值的意思。

 

mov r1,#13

mov r2,#0xff

以上两条指令表示将十进制数值 13 寄存到 r1 寄存器中以及将十六进制数值 0xff 寄存到 r2 寄存器中。

 

mov r1,r2,LSL#2

这条指令表示将寄存器 r2 中的值向左移动两位以后再寄存到 r1 寄存器中。LSL 即 left shift logic 的缩写。 假设 r2 寄存器中的值是1，那么指执行了这条指令以后 r1 中的值将会是 4。与之相对应的还有 LSR#2，表示向右移动2位。

 

MRS 指令

MOV指令只能操作普通的寄存器，如果要操作特殊寄存器，就得使用 MRS 指令。

 

mrs r1,cpsr

mrs cpsr,r0

以上两条指令分别表示将 CPSR 寄存器中的值读取到普通寄存器 r1 中以及将普通寄存器 r0 中的值写入到 CPSR 寄存器中。

 

逻辑指令

and

逻辑与，例如 and r0,r1 #0xff 相当于 r0 = r1 & 0xff。

 

orr

逻辑或，例如 orr r3,r0,#0xf 相当于 r3 = r0 | 0xf。

 

cmp

比较。 例如 cmp r1,r0，比较 r1 与 r0 是否相等。

 

bic

清除指令。例如 bic r0,r0,#0x03。清除 r0 寄存器中的第 0 号位与第 3 号位。

 

tst

测试。例如 tst r0,#0x20。用于测试第 6 位的值是否为0，为0则Z标志位置1。

 

算术指令

add

加法指令。例如：add r0,r1,r2 表示将 r1 与 r2 两寄存器的值相加后保存在 r0 寄存器中。

 

sub

减法指令。例如：sub r0,r1,#3 表示将 r1 寄存器中的值减 3 后保存在 r0 寄存器中。

 

mul

乘法指令。例如： mul r0, r1, r2 表示将 r1 与 r2 中的值相乘后保存到 r0 寄存器中。

 

跳转指令

b

普通跳转指令。常见的用法为： b label。表示将程序指针跳转到标签为 label 的代码处。即 C 语言中的 goto 语句。

 

bl

记忆跳转指令。常见用法为： bl func。这条指令会将下一条指令的地址保存到 LR 寄存器，然后将程序指针跳到 func 标签处执行。待 func 标签处的代码全部执行完毕后可以通过 mov pc,lr 指令将程序指针跳回到先前跳转func前的位置继续执行。这就是单片机中的中断的概念，执行完以后还要回来的那种。

 

beq

bne

 

 以下是一个实例，将一段普通 C 语言程序翻译成汇编语言：

void main()
{
    int ret = 0;
    func1(2);
    while(1);
}

int func1(int a)
{
    if(a == 2)
        return func2(a);
    else
        return func3(a);
}

int func2(int a)
{
    return a+3;
}

int func3(int a)
{
    return a-1;
}

 

.text

main:
    mov r5,#0
    mov r0,#2
    b1 func1
main_end:
    b main_end


func1:
    mov r12,lr
    cmp r0,#2
    bleq func2
    blne func3
func_end:
    mov pc,r12


func2:
    add r0,#3
    mov pc,lr
func2_end:


func3:
    sub r0,r0,#1
    mov pc,lr
func3_end:


.end

 

Load/Store 指令

load/store 架构规定，存储器之间不能直接拷贝，必须通过CPU中的寄存器作中转。

load指令的汇编语句为： ldr。它的作用是将指定地址中的数据加载进CPU的寄存器中。

例如：

ldr r0,=buf

ldr r1,[r0]

第一句的意思是将 'buf' 标签的地址存到 r0 寄存器中。其中 buf 标签是定义在 .data 区段的 .byte 数组。

第二句的意思就是将 r0 寄存器中的值作为地址，将这个地址中的内容加载到 r1 寄存器中。

 

ldr r1,[r0,#8]  相当于C语言的 r0 = *(r0 + 8)

 

store指令的汇编语句为：str。与 ldr 相反，将CPU寄存器中的值写到指定地址中的内存中去。

例如：

mov r0,#9

mov r1,=dest_buf

str r0,[r1]

第一句先准备好一个寄存器中的数据。

第二句确定好内存中的数据段地址。

第三句将 r0 寄存器中的数据输出到 dest_buf 内存段中去。

 

GNU汇编伪指令

GNU汇编伪指令是辅助汇编程序编程用的指令，它不参与实际代码逻辑的构建，仅作辅助标识之用。

.text　　将定义符开始的代码编译到代码段

.end　　文件结束

.data　　将定义符开始的代码编译到数据段

.equ　　定义宏

.byte　　定义1个字节的变量，定义字节数组的指令为： .byte 0x11,'a',0

.word　　定义word变量，长度为4个字节。

.string　　定义字符串，如  .string "hello worl\0"

.global　　声明全局符号，如 .global =start

 

批量操作指令

前面提到的 ldr 与 str 指令都是单寄存器操作的。如果想要一次性操作多个寄存器，则可以使用以下指令

ldmia 与 stmia。

例如：

ldmia r0!,{r7 - r10}。这条指令执行完毕后，会自动将 r7 ~ r10 寄存器中的数据加载到 r0 ~ r3 寄存器中。

stmia r0!,{r7 - r10}。与上一条指令相反。

 

堆栈操作指令

stmfd sp!,{r0 - r12,lr}　　将寄存器 r0 ~ r12 lr中的值存入栈中，常用于中断保护现场，'!' 号表示会自动偏移。

ldmfd sp1,{r0-r12,pc}^　　与上一条指令相反，常用于中断恢复现场。

 

软中断

swi

该指令可以产生一个软中断，用法为：swi 0x02，表示产生一个中断号为 2 的软中断。

 

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