ARM 汇编基础

       我们在学习 STM32 的时候几乎没有用到过汇编,可能在学习 UCOS FreeRTOS RTOS
类操作系统移植的时候可能会接触到一点汇编。但是我们在进行嵌入式 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。所以 Cortex-A 一开始肯定是汇
编代码,其实 STM32 也一样的,一开始也是汇编,以 STM32F103 为例,启动文件
startup_stm32f10x_hd.s 就是汇编文件,只是这个文件 ST 已经写好了,我们根本不用去修改,所
以大部分学习者都没有深入的去研究。汇编的知识很庞大,本章我们只讲解最常用的一些指令,
满足我们后续学习即可。

一.GNU 汇编语法

如果大家使用过 STM32 的话就会知道 MDK IAR 下的启动文件 startup_stm32f10x_hd.s
其中的汇编语法是有所不同的,将 MDK 下的汇编文件直接复制到 IAR 下去编译就会出错,因
MDK IAR 的编译器不同,因此对于汇编的语法就有一些小区别。我们要编写的是 ARM
汇编,编译使用的 GCC 交叉编译器,所以我们的汇编代码要符合 GNU 语法。
GNU 汇编语法适用于所有的架构,并不是 ARM 独享的, GNU 汇编由一系列的语句组成,
每行一条语句,每条语句有三个可选部分,如下:
label instruction @ comment
label 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 R0=0X12
上面代码中“ add: ”就是标号,“ MOVS R0,#0X12 ”就是指令,最后的“ @ 设置 R0=0X12 ”就是
注释。
.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
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 @r0=0x12
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 num=0x12
.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 汇编还有其它的伪操作,但是最常见的就是上面这些,如果想详细的了解全部的伪操
作,可以参考《 ARM Cortex-A(armV7) 编程手册 V4.0.pdf 》的 57 页。
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:
示例代码 7.1.1.1 汇编函数定义
/* 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
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。

二.处理器内部数据传输指令

三个指令:
1 MOV 指令
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 R0 R1
@ 将寄存器 R1 中的数据传递给 R0 ,即 R0=R1
MOV R0, #0X12
@ 将立即数 0X12 传递给 R0 寄存器,即 R0=0X12
2 MRS 指令
MRS 指令用于将特殊寄存器 ( CPSR 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 R0=CPSR
3 MSR 指令
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
@ R0 中的数据复制到 CPSR 中,即 CPSR=R0

三.存储器访问指令

1 LDR 指令
LDR 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
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:
示例代码 7.2.2.1 LDR 指令使用
1 LDR R0 , = 0X0209C004 @ 将寄存器地址 0X0209C004 加载到 R0 中,即 R0 = 0X0209C004
2 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 0 ,也就是没有用到 offset
2 STR 指令
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:
示例代码 7.2.2.2 STR 指令使用
1 LDR R0 , = 0X0209C004 @ 将寄存器地址 0X0209C004 加载到 R0 中,即 R0 = 0X0209C004
2 LDR R1 , = 0X20000002 @R1 保存要写入到寄存器的值,即 R1 = 0X20000002
3 STR R1 , [ R0 ] @ R1 中的值写入到 R0 中所保存的地址中
LDR 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 H ,比如按字节操作的指令就是 LDRB
STRB ,按半字操作的指令就是 LDRH STRH

四. 压栈和出栈指令

        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 POP PUSH 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

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