IMX6ULL開發(fā)板 初識(shí)ARM匯編

落風(fēng)

我們?cè)趯W(xué)習(xí) Linux 嵌入式開發(fā)的時(shí)候，了解 ARM 匯編是很有必要的，雖然我們使用匯編編寫代碼的情況很少，但是有些情況下我們需要簡(jiǎn)單編寫一些匯編程序來協(xié)助我們調(diào)試板子（因?yàn)槲覀兊?i.MX6 UL 終結(jié)者開發(fā)板使用的 cpu 是 ARM Cortex-A7 架構(gòu)的，cpu 剛上電必須要運(yùn)行匯編代碼，來初始化 cpu 的一些內(nèi)部功能，然后設(shè)置好 C 語言的環(huán)境，才能運(yùn)行 C 語言），比如一塊板子焊接回來，我們燒寫鏡像沒有問題，但是燒寫完，串口沒有打印信息，不能正常啟動(dòng)，這時(shí)我們應(yīng)該不能確定是軟件問題還是硬件問題，我們可以在匯編里面通過點(diǎn)燈（點(diǎn)亮板子上的 led）的方式來確定下 cpu 有沒有運(yùn)行，此時(shí)我們就要用到匯編，因?yàn)?C 語言還沒有被執(zhí)行。所以我們需要了解并掌握下 ARM 匯編。

81 .1  GNU 匯編語法 匯編語法

GNU 匯編語法適用于所有的架構(gòu)，并不是 ARM 獨(dú)享的，GNU 匯編由一系列的語句組成，每行一條語句，

每條語句有三個(gè)可選部分，如下：

label：instruction @ comment

label 即標(biāo)號(hào)，表示地址位置，有些指令前面可能會(huì)有標(biāo)號(hào)，這樣就可以通過這個(gè)標(biāo)號(hào)得到指令的地址，標(biāo)號(hào)也可以用來表示數(shù)據(jù)地址。注意 label 后面的“：”，任何以“：”結(jié)尾的標(biāo)識(shí)符都會(huì)被識(shí)別為一個(gè)標(biāo)號(hào)。

instruction 即指令，也就是匯編指令或偽指令。

@符號(hào)，表示后面的是注釋，就跟 C 語言里面的“/*”和“*/”一樣，其實(shí)在 GNU 匯編文件中我們也可以

使用“/*”和“*/”來注釋。

comment 就是注釋內(nèi)容。

比如下面的代碼：

sum:

MOVS R0, #0X5a @設(shè)置 R0=0X5a

上面代碼中“add”就是標(biāo)號(hào)，“MOVS R0, #0X5a”就是指令，后面的“@設(shè)置 R0=0X5a”就是注釋。（ 注意 ：ARM  匯編中的指令 、 偽指令 、 偽操作 、 寄存器等 ， 都可以全部使用大寫 ， 也可以全部使用小寫 ， 但是不能大小寫混用）

我們也可以使用.section 偽操作來定義一個(gè)段名，匯編系統(tǒng)中預(yù)定義了一些段名，如下：

.text //代碼段

.bss //未初始化的數(shù)據(jù)段

.data //初始化的數(shù)據(jù)段

.rodata //只讀數(shù)據(jù)段

我們自己也可以使用.section 定義一個(gè)段，如下：

.section .test_section @定義一個(gè) test_setcion 段

我們知道在 C 語言中，程序的入口是 main 函數(shù)，在匯編中程序的入口標(biāo)號(hào)是“_start”，下面的代碼就是使用_start 作為入口標(biāo)號(hào)：

.global _start

_start:

ldr r0, =0x5a @r0=0x5a

上面代碼中.global 是偽操作，表示_start 是一個(gè)全局標(biāo)號(hào)，類似 C 語言里面的全局變量，常見的偽操作有：

.byte //定義單字節(jié)數(shù)據(jù)，比如.byte 0x5a

.short //定義雙字節(jié)數(shù)據(jù)，比如.short 0x5a5a

.long //定義 4 字節(jié)數(shù)據(jù)，比如.long 0x5a5a5a5a

.equ //賦值語句，格式為： .equ 變量名，表達(dá)式，比如.equ num, 0x5a，表

示 num=0x5a

.align //數(shù)據(jù)字節(jié)對(duì)齊，比如：.align 4 表示 4 字節(jié)對(duì)齊

.end //表示源文件結(jié)束

.global //定義一個(gè)全局符號(hào)，格式為：.global symbol，比如：.global _start

上面這些是最常見的偽操作，GNU 匯編還有其他的偽操作，如果想更箱子的了解偽操作可以參考《ARM

Cortex-A(armV7)編程手冊(cè) V4.0》（光盤目錄：i.MX6UL 終結(jié)者光盤資料\10_其它參考資料）

GNU 匯編也支持函數(shù)，格式如下：

.type fun_name, @function

fun_name:

#content

ret

.type 指令指定 fun_name 為其它匯編程序調(diào)用此函數(shù)時(shí)的地址

fun_name 也為函數(shù)名

@function 表示函數(shù)內(nèi)容開始

ret 指令表示函數(shù)結(jié)束，返回到父函數(shù)調(diào)用子函數(shù)處

定義函數(shù)的例子如下：

.type add_fun, @function

add_fun:

add %ebx, %ebx

movl %ebx, %eax

ret

8.2 ARM 匯編指令

下面我們來學(xué)習(xí)下 ARM 的常用匯編指令，這里我們參考了文檔《ARM ArchitectureReference Manual ARMv7-Aand ARMv7-R edition》（光盤目錄：i.MX6UL 終結(jié)者光盤資料\10_其它參考資料）。

8.2.1 MOV  指令

MOV 指令用于將數(shù)據(jù)從一個(gè)寄存器拷貝到另外一個(gè)寄存器，或者將一個(gè)立即數(shù)傳遞到寄存器里面，使用示例如下：

MOV R0，R1 @將寄存器 R1 中的數(shù)據(jù)傳遞給 R0，即 R0=R1

MOV R0, #0X12 @將立即數(shù) 0X12 傳遞給 R0 寄存器，即 R0=0X12

8.2.2 MRS  指令

MRS 指令用于將特殊寄存器(如 CPSR 和 SPSR)中的數(shù)據(jù)傳遞給通用寄存器，要讀取特殊寄存器的數(shù)據(jù)只能

使用 MRS 指令！使用示例如下：

MRS R0, CPSR @將特殊寄存器 CPSR 里面的數(shù)據(jù)傳遞給 R0，即 R0=CPSR

8.2.3 MSR  指令

MSR 指令和 MRS 剛好相反，MSR 指令用來將普通寄存器的數(shù)據(jù)傳遞給特殊寄存器，也就是寫特殊寄存器，寫

特殊寄存器只能使用 MSR，使用示例如下：

MSR CPSR, R0 @將 R0 中的數(shù)據(jù)復(fù)制到 CPSR 中，即 CPSR=R0

8.2.4 LDR  指令

LDR 指令用于從存儲(chǔ)器中將一個(gè) 32 位的字?jǐn)?shù)據(jù)傳送到目的寄存器中。該指令通常用于從存儲(chǔ)器中讀取32 位的字?jǐn)?shù)據(jù)到通用寄存器，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。當(dāng)程序計(jì)數(shù)器 PC 作為目的寄存器時(shí)，該指令從存儲(chǔ)器中讀取的字?jǐn)?shù)據(jù)被當(dāng)作目的地址，從而可以實(shí)現(xiàn)程序流程的跳轉(zhuǎn)。該指令在程序設(shè)計(jì)中比較常用，其尋址

方式靈活多樣。使用示例如下：

LDR R0，[R1] //將存儲(chǔ)器地址為 R1 的字?jǐn)?shù)據(jù)讀入寄存器 R0

LDR R0，[R1，R2] //將存儲(chǔ)器地址為 R1+R2 的字?jǐn)?shù)據(jù)讀入寄存器 R0

LDR R0，[R1，＃8] //將存儲(chǔ)器地址為 R1+8 的字?jǐn)?shù)據(jù)讀入寄存器 R0

LDR R0，[R1]，R2 //將存儲(chǔ)器地址為 R1 的字?jǐn)?shù)據(jù)讀入寄存器 R0，幵將新地址 R1

＋R2 寫入 R1

8.2.5 STR  指令

STR 是將數(shù)據(jù)寫入到存儲(chǔ)器中，示例代碼如下：

STR R1, [R0] //將 R1 中的值寫入到 R0 中所保存的地址中

8.2.6  入棧，出棧指令

棧被定義為一種先進(jìn)后出的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),即最后進(jìn)棧的元素將被最先彈出來.這很像許多人進(jìn)入一條窄得只能 容納一個(gè)人通過的小道,如果要從這條道往回退出來的話,那么最先退出來的人是最后一個(gè)進(jìn)入小道的人.所以棧具有后進(jìn)先出的性質(zhì)（LIFO）。我們使用 push 指令實(shí)現(xiàn)入棧，示例代碼如下：

PUSH {R0~R3, R12} @將 R0~R3 和 R12 壓棧

出棧指令使用 POP，示例代碼如下：

POP {R0~R3,R12} @在恢復(fù) R0~R3,R12

8.2.7  跳轉(zhuǎn)指令

跳轉(zhuǎn)指令用于實(shí)現(xiàn)程序流程的跳轉(zhuǎn),在 ARM 程序中有兩種方法可以實(shí)現(xiàn)程序流程的跳轉(zhuǎn)：

1.  使用專門的跳轉(zhuǎn)指令（B B 、 BL 、 BX 、 BLX ）

2. 器 直接向程序計(jì)數(shù)器 C PC  寫入跳轉(zhuǎn)地址值

一般我們常用專門跳轉(zhuǎn)指令實(shí)現(xiàn)程序的跳轉(zhuǎn)，下面我們來看下跳轉(zhuǎn)指令的使用：

B 指令

B 指令是最簡(jiǎn)單的跳轉(zhuǎn)指令。一旦遇到一個(gè) B 指令，ARM 處理器將立即跳轉(zhuǎn)到給定的目標(biāo)地址，從那里繼續(xù)執(zhí)行。注意存儲(chǔ)在跳轉(zhuǎn)指令中的實(shí)際值是相對(duì)當(dāng)前 PC 值的一個(gè)偏移量，而不是一個(gè)絕對(duì)地址，它的值由匯編器來計(jì)算（參考尋址方式中的相對(duì)尋址）。它是 24 位有符號(hào)數(shù)，左移兩位后有符號(hào)擴(kuò)展為 32 位，表示的有效偏移為 26 位(前后 32MB 的地址空間)。以下指令：

B Label ；程序無條件跳轉(zhuǎn)到標(biāo)號(hào) Label 處執(zhí)行

BL 指令

跳轉(zhuǎn)之前，會(huì)在寄存器 R14 中保存 PC 的當(dāng)前內(nèi)容，因此，可以通過將 R14 的內(nèi)容重新加載到 PC 中，來返回到跳轉(zhuǎn)指令之后的那個(gè)指令處執(zhí)行。該指令是實(shí)現(xiàn)子程序調(diào)用的一個(gè)基本但常用的手段。以下指令：

BL Label ；當(dāng)程序無條件跳轉(zhuǎn)到標(biāo)號(hào) Label 處執(zhí)行時(shí)，同時(shí)將當(dāng)前的 PC 值保存到 R14 中

BLX  指令

從 ARM 指令集跳轉(zhuǎn)到指令中所指定的目標(biāo)地址，并將處理器的工作狀態(tài)由 ARM 狀態(tài)切換到 Thumb 狀態(tài)，該指令同時(shí)將 PC 的當(dāng)前內(nèi)容保存到寄存器 R14 中。因此，當(dāng)子程序使用 Thumb 指令集，而調(diào)用者使用 ARM 指令集時(shí)，可以通過 BLX 指令實(shí)現(xiàn)子程序的調(diào)用和處理器工作狀態(tài)的切換。同時(shí)，子程序的返回可以通過將寄存器 R14 值復(fù)制到 PC 中來完成。指令格式如下：

BLX 目標(biāo)地址

X BX  指令

跳轉(zhuǎn)到指令中所指定的目標(biāo)地址，目標(biāo)地址處的指令既可以是 ARM 指令，也可以是 Thum 指令，指令格式如下：

BX{條件} 目標(biāo)地址

8.2.8  邏輯運(yùn)算指令

常用的邏輯運(yùn)算符如下：

AND a, b //a = a & b 按位與

AND a, b, #c //a = b & #c 按位與

AND a, b, c //a = b & c 按位與

ORR a, b //a = a | b 按位或

ORR a, b, #c //a = b | #c 按位或

ORR a, b, c //a = b | c 按位或

BIC a, b //a = a & (~b) 位清除

BIC a, b, #c //a = b & (~#c) 位清除

BIC a, b, c //a = b & (~c) 位清除

ORN a, b //a = a | (b) 按位或非

ORN a, b, #c //a = b |(#c) 按位或非

ORN a, b, c //a = b |(c) 按位或非

EOR a, b //a = a ^b 按位異或

EOR a, b, #c //a = b ^ #c 按位異或

EOR a, b, c //a = b ^ c 按位異或

8.2.9  算數(shù)運(yùn)算符

ADD, a, #b // a = a + #b 加法運(yùn)算

ADD a, b, c //a = b + c 加法運(yùn)算

ADD a, b, #c //a = b + #c 加法運(yùn)算

SUB a, #b //a = a - #b 減法運(yùn)算

SUB a, b, c //a = b - c 減法運(yùn)算

SUB a, b, #c //a = b - #c 減法運(yùn)算

MUL a, b, c //a = b * c 懲罰運(yùn)行算（32 位）

UDIV a, b, c //a = b/c 無符號(hào)除法

SDIV a, b, c //a = b/c 有符號(hào)除法

本節(jié)主要講解了一些最常用的指令，還有很多不常用的指令沒有講解，但是夠我們后續(xù)學(xué)習(xí)用了。要想詳細(xì)的學(xué)習(xí) ARM 的所有指令請(qǐng)參考《 ARM ArchitectureReference Manual ARMv7-A and ARMv7-Redition.pdf》和《ARM Cortex-A(armV7)編程手冊(cè) V4.0.pdf》這兩份文檔，他們分別在光盤資料的目錄：i.MX6UL 終結(jié)者光盤資料\10_其它參考資料。