汇编语言的基础使用

本篇简单介绍了关于汇编的一些基础指令的用法，但关于栈、寄存器等问题还未写入，会在后面的时间进行补充，汇编会用的语言基础环境依然是keil 4，但需要有相关支持,其他更多的指令建议大家多查手册来学习

学习核心目标

编写ARM 启动代码，为 C 语言运行搭建基础环境，核心任务包括：

1. 初始化异常向量表（处理复位、中断等异常）
2. 初始化各工作模式的栈指针寄存器（C 语言函数调用依赖栈）
3. 开启 ARM 内核中断允许（配置 CPSR 寄存器）
4. 将工作模式切换为User 模式（用户程序运行模式）
5. 引导程序进入 C 语言main函数执行

一、ARM 汇编基础（格式与伪指令）

1. 汇编程序基本结构（汇编中注释用；）

ARM 汇编通过伪指令指导汇编器工作，非处理器指令，核心结构如下：（注意格式：最前面要加tab键）

    AREA reset, CODE, READONLY  ; 定义代码段，段名reset（复位向量段），属性只读CODE32                      ; 后续指令使用32位ARM指令集（Thumb为16位，需用THUMB伪操作）ENTRY                       ; 标记程序入口（复位后第一个执行的指令位置）; 具体内容END                         ; 标记程序结束

2. 关键伪指令解析

伪操作	作用说明
AREA	定义段（代码段 / 数据段 / 栈段），格式：AREA 段名, 段属性, 访问权限
CODE32/THUMB	指定指令集类型：32 位 ARM 指令集 / 16 位 Thumb 指令集
ENTRY	标记程序入口，一个工程仅一个 ENTRY（复位向量段需包含 ENTRY）
END	标记汇编文件结束，汇编器遇到 END 后停止处理

二、核心 ARM 指令

1. 数据传送指令（MOV/MVN）

（1）MOV 指令（数据移动 / 赋值）

• 功能：将立即数或寄存器值传送到目标寄存器（类似 C 语言的 = 赋值）

• 指令格式：

  格式	说明	示例
  MOV{S}<c> Rd, #const	立即数传送到 Rd	MOV R0, #0x8（R0=8）
  MOV{S}<c> Rd, Rm	Rm 值传送到 Rd	MOV R1, R0（R1=R0）
  MOV{S}<c> Rd, Rm, <shift>	Rm 移位后传送到 Rd（移位量 0-31）	MOV R6, R0, LSL #31（左移 31 位）

关键注意点：

• 移位操作支持LSL（逻辑左移）、LSR（逻辑右移）、ASR（算术右移）、ROR（循环右移）、RRX（带进位循环右移，无需移位量）
• 立即数需满足12 位立即数规则<z在SUB指令部分所写>

（2）MVN 指令（按位取反）

• 功能：将立即数或寄存器值按位取反后传送到目标寄存器（类似 C 语言 ~）
• 指令格式：MVN{S}<c> Rd, #const / MVN{S}<c> Rd, Rm{, <shift>}
• eg：MVN R0, #0x0（R0=0xFFFFFFFF，因为 0x0 取反为全 1）

2. 算术运算指令（ADD/SUB/CMP）

（1）ADD 指令（加法）

• 功能：两个操作数相加，结果存入目标寄存器（类似 C 语言+）

• 指令格式：

  格式	说明	示例
  ADD{S}<c> Rd, Rn, #const	Rn + 立即数 → Rd	ADD R6, R0, #0xF0
  ADD{S}<c> Rd, Rn, Rm{, <shift>}	Rn + （Rm 移位后） → Rd	ADD R7, R0, R1, LSL #1（R0+2*R1）

• 注意：无ADD Rd, #a, #b格式（C 语言a+b在编译阶段计算，无需机器指令）

（2）SUB 指令（减法）

• 功能：两个操作数相减，结果存入目标寄存器（类似 C 语言-）

• 指令格式（与 ADD 类似）：

  • SUB{S}<c> Rd, Rn, #const（Rn - 立即数 → Rd）
  • SUB{S}<c> Rd, Rn, Rm{, <shift>}（Rn - 移位后的 Rm → Rd）

• 关键补充：

  什么是立即数？

  立即数是直接嵌入在指令中的常数，无需从内存、寄存器中读取，CPU 可直接用该常数参与运算，它的核心特点是 “指令自带数据”，能减少内存访问次数，提升指令执行效率。

  12 位立即数规则

  • 判断标准：一个数展开为 32 位二进制后，存在偶数位循环右移，使移位后高 24 位全 0，低 8 位为有效imm8（循环移位次数2N，N=0~15 -> 2N = 0~30）
  • 原因：ARM 指令为 32 位，立即数由4位循环移位量（N）+8位imm8组成，共 12 位（即imm12）
  • eg：#0x80000000（二进制1000...0000）可通过imm8=0x80、循环移位2*15=30位得到，属于合法立即数；#0x101无法通过该规则得到，为非法立即数

（3）CMP 指令（比较）

• 功能：比较两个数（本质是SUB运算，但不保存结果，仅更新 CPSR 标志位）[通过做差得到的正负值来判断二者大小]
• 指令格式：CMP<c> Rn, #const / CMP<c> Rn, Rm{, <shift>}
• 等价关系：CMP R0, R1 ≡ SUBS R0, R1（S表示更新标志位）
• 用途：配合条件跳转指令（如BLE、BGT）实现分支逻辑

用subs实现指令比较（cmp作用）流程图

条件判断标志NZCV
CPSR寄存器中条件判断标志位
N: 符号标志位:上条指令执行结果最高位bit31为1,则 N = 1, 当结果作为有符号解释时为负值；
Z: 零值标志位:上条指令执行结果为0（即bit0 - bit31 均为0)，则 Z = 1；
C: 进位标志位：进行无符号解读，如果在加法过程中进位或者减法时没有借位，则为 C = 1,否则 C = 0
V: 溢出标志位：进行有符号解读，是否发生溢出 -2^31 - 2^31-1(两个正数加得负数，两个负数加得正数)
条件码：eq ge gt le lt al(无条件执行)
equal:等于
not equal：不等于

3. 位操作指令（BIC/ORR）

（1）BIC 指令（指定位清0）

• 功能：将 Rn 的指定位清 0（按 Rm / 立即数的位掩码），结果存入 Rd（类似 C 语言Rn & ~mask）
• 指令格式：BIC{S}<c> Rd, Rn, #const / BIC{S}<c> Rd, Rn, Rm{, <shift>}
• eg：

  MOV R0, #0xFFFFFFFF  ; R0=全1
  MOV R1, #1
  BIC R2, R0, R1, LSL #31  ; R0的bit31清0 → R2=0x7FFFFFFF
  

（2）ORR 指令（指定位置1）

• 功能：将 Rn 的指定位置 1（按 Rm / 立即数的位掩码），结果存入 Rd（类似 C 语言Rn | mask）
• 指令格式：ORR{S}<c> Rd, Rn, #const / ORR{S}<c> Rd, Rn, Rm{, <shift>}
• eg：

  MOV R0, #0x00        ; R0=全0
  MOV R1, #1
  ORR R8, R0, R1, LSL #31  ; R0的bit31置1 → R8=0x80000000
  

4. 内存访问指令（LDR）

LDR 指令（加载）

• 功能：从内存地址读取数据到寄存器
• 核心格式：
  • 加载立即数地址：LDR Rd, =const（伪指令，将 32 位地址存入 Rd，解决MOV Rd, #const无法处理大地址的问题）
  • 加载标签地址：LDR Rd, <label>（将标签对应的内存地址值存入 Rd）
• eg：LDR SP, =0x40001000（初始化栈指针为0x40001000，MOV SP, #0x40001000会报错，因地址超 12 位立即数范围）

STR (存放指令)​​

​功能：​​ 将寄存器中的数据写入​（存储）到指定的内存地址中。

​核心格式：​​STR<c> <Rt>, <addressing_mode>

5. 跳转与函数调用指令（B/BL/BX）

指令	功能说明	示例	用途场景
B	无条件 / 条件跳转，不保存返回地址	B loop（跳转到 loop 标签）	循环、简单分支
BL	跳转并保存返回地址到LR（Link Register）	BL func（调用 func 函数）	函数调用（需返回主调函数）
BX	跳转并切换指令集（ARM/Thumb）	BX LR（从 LR 恢复 PC，返回）	函数返回（等价于MOV PC, LR）

• 等价关系：B fun ≡ LDR PC, =fun（PC 为程序计数器，指向当前执行指令地址 + 8）

三、重要应用

1. 循环实现（对应 C 语言循环结构）

循环三要素
循环结束条件
推动循环趋向终结的语句
循环的循环体

（1）do-while 循环（先执行循环体，再判断条件）

C 语言原码：

int i = 0;
int sum = 0;
do {sum += i;i++;
} while (i <= 100);

汇编实现：

    MOV R0, #0            ; R0 = i = 0MOV R1, #0            ; R1 = sum = 0
loopADD R1, R1, R0        ; sum += iADD R0, R0, #1        ; i++CMP R0, #100          ; 比较i和100BLE loop              ; 若i<=100，跳回loop（BLE=Branch if Less than or Equal）

（2）while/for 循环（先判断条件，再执行循环体）

C 语言原码

int i = 0;
int sum = 0;
while (i <= 100) {sum += i;i++;
}

汇编实现：

    MOV R0, #0               ; R0 = i = 0MOV R1, #0               ; R1 = sum = 0
loopCMP R0, #100             ; 先判断i<=100？BGT finish               ; 若i>100，跳至finish（BGT=Branch if Greater Than）ADD R1, R1, R0           ; sum += iADD R0, R0, #1           ; i++B loop                   ; 跳回loop继续判断
finishB finish                 ; 死循环（防止程序跑飞）

2. 函数定义与调用（含现场保护）

（1）函数调用核心问题

• 问题 1：被调函数修改主调函数的寄存器，导致数据丢失
• 问题 2：函数嵌套时，LR被覆盖，无法正确返回
• 解决方案：栈保护现场（入栈保存寄存器，出栈恢复）

（2）汇编函数调用（嵌套调用）

PRESERVE8               ; 栈8字节对齐，解决C函数调用报错
AREA func_demo, CODE, READONLY
ENTRYmain:
LDR SP, =0x40001000     ; 初始化栈指针（关键：必须先初始化栈）
STMFD SP!, {R0-R12, LR} ; 保护main的现场（寄存器+返回地址）
BL func0                ; 调用func0，LR保存main的返回地址
LDMFD SP!, {R0-R12, LR} ; 恢复main的现场
MOV R3, #300            ;