ARM汇编语言程序设计基础.ppt

XUPT嵌入式系统原理与应用第四章ARM汇编语言程序设计基础目录4.1ARM汇编语言的程序结构4.2ARM汇编语言程序设计4.3C与汇编混合编程本章小结24.1ARM汇编语言的程序结构本章通过一个完整的ARM汇编例子入手，给出了ARM汇编程序的基本框架，并详细介绍了编写汇编程序常用的汇编器伪指令，具备了这些基础知识，学生就能自己动手编写汇编程序。4.1.1一个简单的ARM汇编程序例子4.1.2汇编器伪指令4.1.3汇编语言的规范4.1.1一个简单的ARM汇编程序例子4一段完整的ARM汇编语言程序，由若干个段组成，段可以分为代码段和数据段，代码段的内容为执行代码，数据段存放代码运行时需要用到的变量。程序框架可抽象如下：AREA代码段名字,CODE,READONLYENTRYCODE32;添加用户代码AREA数据段名字,DATA,READWRITE;添加用户数据END指令和汇编器伪指令的比较①指令语句：在汇编后能产生目标代码的语句，CPU可以执行并能完成一定的功能，例如MOV，ADD等；②汇编器伪指令：在汇编后不产生目标代码的语句，仅在汇编过程中告诉汇编器如何汇编。汇编器伪指令的作用包括：定义数据、分配存储区、定义段、定义宏、定义子程序等。一旦汇编结束，它们的使命就完成了。4.1.2汇编器伪指令在ARM的汇编程序中，有如下几种汇编器伪指令：符号定义伪指令，数据定义伪指令，段定义伪指令，模块控制伪指令，汇编控制伪指令，宏处理伪指令等。1.段定义相关伪指令AREA语法格式：AREA段名属性1,属性2,……程序4-1中使用如下语句定义段：AREAMAIN,CODE,READONLY;定义代码段，名字为MAINAREANUM,DATA,READWRITE;定义数据段，名字为NUMAREA伪指令用于定义一个代码段或数据段。其中，段名若以数字开头，则该段名需用“|”括起来，如|1_data|。属性字段表示该代码段（或数据段）的相关属性，例如：CODE（定义代码段），DATA（定义数据段），READONLY（只读），READWRITE（读写）。多个属性用逗号分隔。一个汇编程序至少应该有一个代码段，由具体的设计需求，也可由多个代码段和数据段组成，多个段在程序汇编链接时最终形成一个可执行的映象文件。可执行映象文件通常由以下几部分构成：①一个或多个代码段，代码段的属性为只读。②零个或多个包含初始化数据的数据段，数据段的属性为可读写。③零个或多个不包含初始化数据的数据段，数据段的属性为可读写。ENTRYENTRY用于指示程序的入口，其后紧跟着第一条可执行语句。CODE16/CODE32CODE16用于通知汇编器，本语句后面的指令序列为16位的Thumb指令。CODE32用于通知汇编器，本语句后面的指令序列为32位的ARM指令。ENDEND用于指示程序的结束，每一个汇编源程序都必须以END语句结束，以通知汇编器结束汇编。2.数据定义伪指令DCB（Define？Byte）语法格式（方括号内的内容为可选项）：标号DCB表达式[,表达式]……DCB用于在内存中分配一片连续的字节单元，并用表达式进行初始化。每个表达式可以是数字或字符串，数字的范围在0～255内，也可以为算术表达式，例如：StrDCB“HelloWorld!”num_bDCB2+3,3*5字符串只能用DCB定义。0x48(‘H’)0x65(‘e’)0x6C(‘l’)0x6C(‘l’)0x6F(‘o’)0x20(‘’)0x57(‘W’)0x6F(‘o’)0x72(‘r’)str0x6C(‘l’)0x64(‘d’)0x21(‘!’)0x050x0Fnum_bDCW（Define？Word）语法格式：标号DCW表达式[,表达式]……DCW用于在内存中分配一片连续的半字单元，并用指定的表达式进行初始化。这些分配的内容是半字对齐的。其中表达式可以为程序标号或者数字表达式。例如：num_wDCW0x1234，0x56780x340x120x780x56num_wDCD（Define？Doubleword）语法格式：标号DCD表达式[,表达式]……DCD用于在内存中分配一片连续的字单元，并用指定的表达式进行初始化。这些分配的内容是字对齐的。其中表达式可以为程序标号或者数字表达式。例如：num_dDCD-5，0x90abcdef0xFB0xFF0xFF0xFF0xEF0xCD0xABnum_d0x90SPACE语法格式：标号SPACE表达式SPACE用于分配一片连续的存储区域并初始化为0。其中，表达式为要分配的字节数。例如：dataSPACE1024;分配1024个字节空间并初始化为0LTORGLTORG用于声明一个文字池，用来存放常量，特别是不符合8位位图数据标准的常数。其使用情景及实例见本章的4.2.1节。3.宏处理伪指令MACRO和ENDM语法格式：宏名MACRO[参数1][,参数2]……宏体ENDMMACRO用于定义一个宏，引用宏时需使用宏名，并传递实参。ENDM用于结束宏定义。例如：以下定义一个宏，实现参数x与参数y相加再减去参数z，结果放在参数x中，三个参数均为存储器操作数。addmMACROx,y,zLDRR2,=xLDRR1,[R2]LDRR3,=yLDRR4,=zADDR1,R1,[R3]SUBR1,R1,[R4]STRR1,[R2]ENDM4.1.3汇编语言的规范1.语句的格式ARM（Thumb）汇编语言的语句格式为：[标号][指令或伪指令][;注释]语句书写时需遵循以下规则：①所有标号必须在一行的顶格书写，其后不要添加“:”号；②所有的指令均不能顶格写；③如果同一行有两条汇编语句，需要在它们之间以“;”隔开；如果一条语句要分多行显示，需要使用“\”放在分隔处；④每一条指令的助记符可以全部用大写、或全部用小写，但不能在一条指令中大、小写混用。⑤注释使用分号“;”，不要在语句中间添加注释。2.标号在汇编语言程序设计中，可以使用各种标号表示指令或数据的地址，以增加程序的可读性。例如程序4-1中的：loop1LDRR3,[R0],#4……BNEloop1;如果R1不为零，则转向loop1处以下为标号命名规则：①标号不应与指令或伪指令同名②标号在其作用范围内必须唯一。③标号区分大小写，同名的大、小写标号被视为两个不同的标号。④自定义的不能与系统保留字相同。3.常量和变量程序中的常量是指其值在程序的运行过程中不能被改变的量，变量是指其值在程序的运行过程中可以改变的量。ARM汇编程序支持逻辑量、数字和字符串。①数字一般为32位的整数，无符号数取值范围为0～232-1，带符号数取值范围为-231～231-1。②逻辑量只有两种取值：真或假。③字符串用于在程序的运行中保存一个字符串，其长度不应超出字符串变量所能表示的范围。4.2ARM汇编语言程序设计程序设计的三种基本结构是顺序结构、分支结构和循环结构，以解决不同的问题。在ARM汇编语言中采用跳转语句来实现分支与循环结构。在进行程序设计时，首先分析该程序的流程，绘制流程图，再根据流程图编写代码。4.2.1顺序程序4.2.2分支程序4.2.3循环程序4.2.4子程序4.2.5基于查表法的程序设计4.2.1顺序程序顺序程序是一种最简单的程序结构，它按照语句编写的顺序从上往下执行，直到最后退出程序。例4-2：计算100-50，结果存放到R1寄存器中。开始初始化以下内容R1=100R2=50R1=R1+R2结束在ADS中建立工程，编写以上程序，并进行汇编链接，使用AXD进行调试。程序调试结果：寄存器R1的内容为0x32，即为十进制的50，程序运行结果正确。缺省文字池ARM规定：可由一个8位的常数经过循环右移偶数位（0，2，4，……，30）得到的数据，称为8位位图数据。只有8位位图数据可以直接采用立即数寻址方式来获取，其余的数据只能使用文字池的方式，通过存储器访问指令来加载，下面我们改变数据的大小，使得所访问立即数数不再是8位位图数据。例4-3：计算0x123456-0x123，结果存放到R0寄存器中。程序如下：汇编提示错误信息为：文字池是一片用于存放常量的地方，LDR指令寻址文字池，可以访问任意的32位数据。在汇编过程中，汇编器会默认的在每个段的末尾开辟一个文字池，下面我们采用缺省文字池的方式来重写例4-3：例4-3-1：采用缺省文字池的方式实现例4-3。调试信息：地址0x8000存放代码段中的第一条可执行语句LDRR1,=0x123456，地址0x8018存放代码段在的最后一条可执行语句SWI0X123456，代码段的地址范围在0x8000～0x801b之间。实线框住的部分表示汇编器自动生成的文字池。该文字池就在紧跟着代码段的位置，存放着三个LDR访问的数据：0x123456，0x123，0x20026。自定义文字池文字池的使用限制是：LDR指令的寻址范围是前后4KB，不能使文字池与访问它的LDR指令之间的距离超过这个范围。如果用户程序比较大，则可能使整个程序段超过4KB的范围，这样汇编器在程序段的末尾开辟的缺省文字池与访问它的LDR指令之间的距离就有可能超出范围，LDR指令就不能正确加载数据了。在缺省文字池的例子程序中添加伪代码SPACE4096，开辟4096个字节的空间（4096B=4KB），则代码段大小超过4KB。以上代码汇编提示错误信息如图4-7所示，汇编器提示：缺省文字池距离访问它的LDR太远，建议使用LTORG伪指令来创建自定义文字池。在例4-3-2中，使用LTORG伪指令在程序中创建自定义文字池。例4-3-2：采用自定义文字池的方式实现例4-3。采用LTORG伪指令自定义文字池，该程序汇编链接成功。一般LTORG伪指令放在跳转指令B之后，使得在数据段中开辟的文字池中存放的数据不被当做指令执行。虚线框住的部分为自定义文字池，实线框住的部分为缺省文字池。4.2.2分支程序ARM汇编分支程序采用转移指令B或条件转移指令BX来实现。例4-4：给定符号函数：，假定x是-5。开始初始化以下内容R0变量xR1变量yR2=[R0]R2=R2*R2结束R2=0R2=R2+5R20R2=0R20R2与0比较minuszeroplus将R2存入变量y[R1]=R24.2.3循环程序1.计数控制循环已知循环次数，可以用计数器控制循环的次数来进行程序的设计。例4-5：计算1+2+3+……+100的结果，并存放到sum单元。开始初始化以下内容R0=0，存放和R1=100，存放加数及计数值结束R1=R1-1NR1是否等于0R2指向变量sum[R2]=R0每次将R1加到R0上R0=R0+R1Y2.条件控制循环有些情况无法确定循环的次数，这时只能通过循环结束的条件来判断是否结束循环。例4-6：计算1+2+3+……+n，当计算结果大于10000时停止循环，在数据段中定义sum和n两个变量，并将加法和存放到sum单元，将最后一个加数存放到n单元。开始初始化以下内容R0=0，存放和R1=0，存放加数结束每次将R1加到R0上R0=R0+R1NR0是否大于10000R2指向变量sum,[R2]=R0R2指向变量n,[R2]=R1R1=R1+1Y4.2.4子程序在ARM汇编中，通过BL指令可以实现子程序的调用，在跳转时LR寄存器自动保存紧跟着BL指令的下一条指令的地址。在子程序的结束处，可以通过MOVPC，LR返回主程序中。子程序的定义一般放在程序结束返回编译器调试环境的语句之后，END之前，这样使得子程序的定义代码参与编译，但不会在定义的位置执行。只有调用该子程序才会执行。BLfunc指令func:指令指令……MOVPC,LR……主程序在调用子程序时，往往需要向子程序传递一些参数，同样，子程序在运行完毕后也可能要把结果传回给调用程序。1.寄存器传递参数2.存储区域传递参数3.堆栈传递参数例4-7：用子程序实现内存块拷贝，将字符串从源位置拷到目的位置