我们在进行嵌入式 Linux开发的时候是绝 对要掌握基本的 ARM汇编因为Cortex-A芯片一上电SP指针还没初始化C环境还没准备 好所以肯定不能运行 C代码必须先用汇编语言设置好C环境比如初始化DDR、设置SP 指针等等当汇编把 C环境设置好了以后才可以运行C代码。一、Cortex-A汇编指令I.MX6U-ALPHA 使用的是NXP的I.MX6UL芯片这是一款Cortex-A7内核的芯片所以我们主要讲的是Cortex-A的汇编指令。1.1GNU汇编语法labelinstruction commentlabel即标号表示地址位置有些指令前面可能会有标号这样就可以通过这个标号得到指令的地址标号也可以用来表示数据地址。注意label后面的“”任何以“”结尾的标识符都会被识别为一个标号。instruction即指令也就是汇编指令或伪指令。符号表示后面的是注释就跟C语言里面的“/*”和“*/”一样其实在GNU汇编文件中我们也可以使用“/*”和“*/”来注释。comment就是注释内容。比如如下代码add: MOVS R0, #0X12 设置 R00X12上面代码中“add:”就是标号“MOVS R0,#0X12”就是指令最后的“设置R00X12”就是注释。注意ARM中的指令、伪指令、伪操作、寄存器名等可以全部使用大写也可以全部使用小写但是不能大小写混用。用户可以使用.section伪操作来定义一个段汇编系统预定义了一些段名.text表示代码段。.data初始化的数据段。.bss未初始化的数据段。.rodata只读数据段。我们当然可以自己使用.section来定义一个段每个段以段名开始以下一段名或者文件结尾结束比如.section .testsection 定义一个testsetcion段汇编程序的默认入口标号是_start不过我们也可以在链接脚本中使用ENTRY来指明其它的入口点下面的代码就是使用_start作为入口标号.global _start _start: ldr r0, 0x12 r00x12上面代码中.global是伪操作表示_start是一个全局标号类似C语言里面的全局变量一样常见的伪操作有.byte定义单字节数据比如.byte 0x12。.short定义双字节数据比如.short 0x1234。.long定义一个 4字节数据比如.long 0x12345678。.equ赋值语句格式为.equ变量名表达式比如.equ num, 0x12表示num0x12。.align数据字节对齐比如.align 4表示4字节对齐。.end表示源文件结束。.global定义一个全局符号格式为.global symbol比如.global _start。GNU汇编同样也支持函数函数格式如下函数名: 函数体 返回语句GNU汇编函数返回语句不是必须的如下代码就是用汇编写的Cortex-A7中断服务函数/* 未定义中断 */ Undefined_Handler: ldr r0, Undefined_Handler bx r0 /* SVC 中断 */ SVC_Handler: ldr r0, SVC_Handler bx r0 /* 预取终止中断 */ PrefAbort_Handler: ldr r0, PrefAbort_Handler bx r0上述代码中定义了三个汇编函数Undefined_Handler、SVC_Handler和 PrefAbort_Handler。以函数Undefined_Handler为例我们来看一下汇编函数组成 “Undefined_Handler”就是函数名“ldr r0, Undefined_Handler”是函数体“bx r0”是函数返回语句“bx”指令是返回指令函数返回语句不是必须的。1.2常用汇编指令1.2.1处理器内部数据传输指令使用处理器做的最多事情就是在处理器内部来回的传递数据常见的操作有①、将数据从一个寄存器传递到另外一个寄存器。②、将数据从一个寄存器传递到特殊寄存器如 CPSR 和 SPSR 寄存器。③、将立即数传递到寄存器。数据传输常用的指令有三个MOV、MRS和MSR这三个指令的用法如表7.2.1.1所示1、MOV-寄存器间拷贝MOV指令用于将数据从一个寄存器拷贝到另外一个寄存器或者将一个立即数传递到寄存器里面使用示例如下MOV R0R1 将寄存器 R1 中的数据传递给 R0即 R0R1 MOV R0, #0X12 将立即数 0X12 传递给 R0 寄存器即 R00X122、MRS 特殊寄存器-通用MRS指令用于将特殊寄存器(如CPSR和SPSR)中的数据传递给通用寄存器要读取特殊寄存器的数据只能使用MRS指令使用示例如下MRS R0, CPSR 将特殊寄存器 CPSR 里面的数据传递给 R0即 R0CPSR3、MSR 通用-特殊MSR指令和MRS刚好相反MSR指令用来将普通寄存器的数据传递给特殊寄存器也就是写特殊寄存器写特殊寄存器只能使用MSR使用示例如下MSR CPSR, R0 将 R0 中的数据复制到 CPSR 中即 CPSRR01.2.2存储器访问指令ARM不能直接访问存储器比如RAM中的数据I.MX6UL中的寄存器就是RAM类型的我们用汇编来配置I.MX6UL寄存器的时候需要借助存储器访问指令一般先将要配置的值写入到Rx(x0~12)寄存器中然后借助存储器访问指令将Rx中的数据写入到I.MX6UL寄存器中。读取I.MX6UL寄存器也是一样的只是过程相反。常用的存储器访问指令有两种LDR和STR用法如表7.2.1.2所示1、LDR 指令 存储加载数据到寄存器RxLDR主要用于从存储加载数据到寄存器Rx中LDR也可以将一个立即数加载到寄存器Rx中LDR加载立即数的时候要使用“”而不是“#”。在嵌入式开发中LDR最常用的就是读取CPU的寄存器值比如I.MX6UL有个寄存器GPIO1_GDIR其地址为0X0209C004我们现在要读取这个寄存器中的数据示例代码如下LDR R0, 0X0209C004 将寄存器地址 0X0209C004 加载到 R0 中即 R00X0209C004 LDR R1, [R0] 读取地址 0X0209C004 中的数据到 R1 寄存器中上述代码就是读取寄存器GPIO1_GDIR中的值读取到的寄存器值保存在R1寄存器中上面代码中offset是0也就是没有用到offset。2、STR 指令数据写入到存储器LDR 是从存储器读取数据STR就是将数据写入到存储器中同样以I.MX6UL寄存器GPIO1_GDIR为例现在我们要配置寄存器GPIO1_GDIR的值为0X20000002示例代码如下LDR R0, 0X0209C004 将寄存器地址 0X0209C004 加载到 R0 中即 R00X0209C004 LDR R1, 0X20000002 R1 保存要写入到寄存器的值即 R10X20000002 STR R1, [R0] 将 R1 中的值写入到 R0 中所保存的地址中LDR 和 STR 都是按照字进行读取和写入的也就是操作的 32 位数据如果要按照字节、半字进行操作的话可以在指令“LDR”后面加上 B 或 H比如按字节操作的指令就是 LDRB 和STRB按半字操作的指令就是 LDRH 和 STRH。1.2.3压栈和出栈指令我们通常会在A函数中调用B函数当B函数执行完以后再回到A函数继续执行。要想再跳回A函数以后代码能够接着正常运行那就必须在跳到B函数之前将当前处理器状态保存起来(就是保存R0~R15这些寄存器值)当B函数执行完成以后再用前面保存的寄存器值恢复R0~R15即可。保存R0~R15寄存器的操作就叫做现场保护恢复R0~R15寄存器的操作就叫做恢复现场。在进行现场保护的时候需要进行压栈(入栈)操作恢复现场就要进行出栈操作。压栈的指令为PUSH出栈的指令为POPPUSH和POP是一种多存储和多加载指令即可以一次操作多个寄存器数据他们利用当前的栈指针SP来生成地址PUSH和POP的用法如表7.2.3.1所示1、PUSH 压栈指令假如我们现在要将 R0~R3 和R12这5个寄存器压栈当前的SP指针指向0X80000000处理器的堆栈是向下增长的使用的汇编代码如下PUSH {R0~R3, R12} 将 R0~R3 和 R12 压栈压栈完成以后的堆栈如图7.2.3.1所示图7.2.3.1就是对R0~R3,R12进行压栈以后的堆栈示意图此时的SP指向了0X7FFFFFEC假如我们现在要再将LR进行压栈汇编代码如下PUSH {LR} 将 LR 进行压栈对LR进行压栈完成以后的堆栈模型如图7.2.3.2所示图7.2.3.2就是分两步对R0~R3,R12和LR进行压栈以后的堆栈模型2、POP 出栈如果我们要出栈的话就是使用如下代码POP {LR} 先恢复 LR POP {R0~R3,R12} 在恢复 R0~R3,R12 //入栈分几步走出栈也分几步走 //栈是先进后出的出栈的就是从栈顶也就是SP当前执行的位置开始地址依次减小来提取堆栈中的数据到要恢复的寄存器列表中。PUSH和POP的另外一种写法是“STMFD SP”和“LDMFD SP!”因此上面的汇编代码可以改为STMFD SP!,{R0~R3, R12} R0~R3,R12 入栈 STMFD SP!,{LR} LR 入栈 LDMFD SP!, {LR} 先恢复 LR LDMFD SP!, {R0~R3, R12} 再恢复 R0~R3, R12STMFD可以分为两部分STM和FD同理LDMFD也可以分为LDM和FD。看到STM和LDM有没有觉得似曾相识(不是STM32啊啊啊啊)前面我们讲了LDR和STR这两个是 数据加载和存储指令但是每次只能读写存储器中的一个数据。STM和LDM就是多存储和多 加载可以连续的读写存储器中的多个连续数据。FD是Full Descending的缩写即满递减的意思。根据ATPCS规则,ARM使用的FD类型的堆栈SP指向最后一个入栈的数值堆栈是由高地址向下增长的也就是前面说的向下增长 的堆栈因此最常用的指令就是 STMFD和LDMFD。STM和LDM的指令寄存器列表中编号 小的对应低地址编号高的对应高地址。1.2.4跳转指令有多种跳转操作比如①、直接使用跳转指令B、BL、BX等。②、直接向PC寄存器里面写入数据。上述两种方法都可以完成跳转操作但是一般常用的还是B、BL或BX用法如表7.2.4.11、B 指令这是最简单的跳转指令B指令会将PC寄存器的值设置为跳转目标地址 一旦执行B指令ARM处理器就会立即跳转到指定的目标地址。如果要调用的函数不会再返回到原来的执行处那就可以用B指令如下示例_start: ldr sp,0X80200000 设置栈指针 b main 跳转到 main 函数上述代码就是典型的在汇编中初始化C运行环境然后跳转到C文件的main 函数中运行上述代码只是初始化了SP指针有些处理器还需要做其他的初始化比如初始化DDR等等。因为跳转到C文件以后再也不会回到汇编了所以在第4行使用了B指令来完成跳转。2、BL指令BL 指令相比B指令在跳转之前会在寄存器LR(R14)中保存当前PC寄存器值所以可以通过将LR寄存器中的值重新加载到PC中来继续从跳转之前的代码处运行这是子程序调用一个基本但常用的手段。比如Cortex-A处理器的irq中断服务函数都是汇编写的主要用汇编来实现现场的保护和恢复、获取中断号等。但是具体的中断处理过程都是C函数所以就会存在汇编中调用C函数的问题。而且当C语言版本的中断处理函数执行完成以后是需要返回到irq汇编中断服务函数因为还要处理其他的工作一般是恢复现场。这个时候就不能直接使用B指令了因为B指令一旦跳转就再也不会回来了这个时候要使用BL指令示例代码如下push {r0, r1} 保存 r0,r1 cps #0x13 进入 SVC 模式允许其他中断再次进去 bl system_irqhandler 加载 C 语言中断处理函数到 r2 寄存器中 cps #0x12 进入 IRQ 模式 pop {r0, r1} str r0, [r1, #0X10] 中断执行完成写 EOIR上述代码中第5行就是执行C语言版的中断处理函数当处理完成以后是需要返回来继续执行下面的程序所以使用了BL指令。1.2.5 算术运算指令汇编中也可以进行算术运算 比如加减乘除常用的运算指令用法如表7.2.5.1所示在嵌入式开发中最常会用的就是加减指令乘除基本用不到。1.2.6 逻辑运算指令我们用 C语言进行CPU寄存器配置的时候常常需要用到逻辑运算符号比如“”、“|”等逻辑运算符。使用汇编语言的时候也可以使用逻辑运算指令常用的运算指令用法如表7.2.6.1所示