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硬件开发2-汇编2（ARMv7-A）

news 2025/9/10 6:05:52

一、指令

1、b（Branch）

原型：B<c> <label>
作用：实现无条件跳转，常用于不返回的跳转场景
特点：仅跳转到目标地址，不保存返回地址
示例：b reset ;跳转到reset标号处执行

2、bl（Branch with Link）

原型： BL<label>
作用：硬件自动将返回地址（PC+4 或 PC+2）存入 LR （带链接的跳转，用于子程序调用，跳转前将返回地址（PC+4）保存到链接寄存器 LR（R14））
特点：子程序执行完毕后可通过 mov pc, lr 或 bx lr 返回调用点
示例：
注意事项：一个嵌套可用，大于两个嵌套以上，需要搭配栈来使用（用法如下）

3、bx lr

原型：BX{<cond>} <Rm>
作用：将程序计数器（PC）设置为链接寄存器（LR/R14）中保存的地址，实现函数返回
特点：BX LR 将 LR 的值加载到 PC，恢复原程序流
示例：

4、stmdb 压栈

原型：STMDB<c><Rn>{!}，<registers>
作用：保护现场/恢复现场（压栈/弹栈）
压栈操作，ARM通常默认采用满递减栈，栈指针先减后存或先读后增
参数：
<Rn> 是栈顶指针寄存器，通常为栈指针 SP（R13），指向当前栈顶位置
! 后缀的作用：
不加！：仅按指令操作存储数据，不更新基址寄存器（SP 的值不变）
加！：存储完成后，自动更新基址寄存器（SP = SP - 4*N，N 为寄存器数量）
压栈保存寄存器，同时更新栈指针
<registers> 的存储规则（入栈出栈的寄存器列表）:
存储顺序：寄存器按编号从大到小依次存储（如 R3→R2→R1→R0）
内存地址：基址先递减，再存储
使用要点：栈顶指针寄存器初始化
mov sp, #0x40001000 : 报错非立即数
ldr sp, =0x40001000
魔术棒 -> Target->IRAM1：#0x40000000 size:0x1000
示例：

5、ldmfd 弹栈

原型：LDMFD{<cond>} SP!, {<registers>}
作用：恢复现场
从栈中按低地址到高地址依次加载恢复数据到寄存器，并递增栈指针（弹栈方向与压栈相反）
用法：类似stmdb
示例：同上

6、ldr 普通加载数据

原型：LDR<c> <Rt>, <label>
作用：加载非立即数寄存器中（初始化寄存器、加载常量数据）
特点：
用于加载 32 位立即数（ARM 指令不能直接加载 32 位立即数，ldr = 是一种伪指令）
示例：
ldr r0, =0x40001000 ; 将地址 0x40001000 存入 r0

7、ldr 类(*p)操作

原型：
作用：从内存地址加载数据到寄存器（类指针操作）
特点：对应的是C语言中的 *p（指针解引用）
示例：
--- ldr r0, [r1] ; 将 r1 指向的内存数据加载到 r0
--- ldr r0, [r1, #4] ; r0 = *(r1 + 4)
ldr r0, [r1, r2] ; r0 = *(r1 + r2)
ldr r0, [r1, r2, LSL #2] ; r0 = *(r1 + (r2 << 2))
ldr r0, [r1], #4 ; r0 = *r1; r1 += 4 (后索引)
ldr r0, [r1, #4]! ; r0 = *(r1 + 4); r1 += 4 (前索引并更新基址)

二、汇编调用C语言

1、流程

(1) 创建main.c

(2) 在main中声明将要在filename.s文件中将要使用的文件 extern void c_add(void);

(3) 导入 import +文件名；（keil当中要求）导出文件文件用export +文件名

(4) 保护现场 bl函数调用恢复现场

(5) 解决编译报错：

asm.axf: Error: L6238E: start.o(reset) contains invalid call from '~PRES8 (The user did not require code to preserve 8-byte aligment of 8-byte data objects)' function to 'REQ8 (Code was permitted to depend on the 8-byte aligment of 8-byte data items)' function c_add. asm.axf: Finished: 0 information, 0 warning and 1 error messages.

解决办法：在.s文件开头写上

栈对齐伪指令：preserve8 用于确保函数调用时栈指针保持 8 字节对齐

(6) 创建工程自动添加了启动代码报错

(7)重设软件配置 ---（魔术棒）

魔术棒 -> Debug -> Use Simulator->Run to main(取消)
魔术棒 -> Linker -> Use Memory Layout from Taget Dialog(勾选)
魔术棒 -> Taget -> ROM1 -> Start： 0x0 Size：0x2000

(8)函数传参：基本参数只能传递四个超出部分需采用压栈传递

例：

main.c

start.s

2、 ARM的7种异常类型

异常类型	触发条件	进入模式	优先级
复位（Reset）	上电或硬件复位	管理模式（SVC）	1（最高）
数据中止（Data Abort）	非法内存访问（如缺页）	中止模式（ABT）	2
快速中断（FIQ）	高优先级外设中断（如DMA）	FIQ模式	3
普通中断（IRQ）	常规外设中断（如定时器）	IRQ模式	4
预取中止（Prefetch Abort）	指令预取失败	中止模式（ABT）	5
软件中断（SWI/SVC）	`SVC` 指令触发（系统调用）	管理模式（SVC）	6
未定义指令	执行未知指令	未定义模式（UND）	7（最低）

3、ARM汇编调用C函数

（1）前4个参数：依次通过寄存器 R0、R1、R2、R3 传递。

（2）超过4个参数：剩余参数按从右向左的顺序压栈（栈内存传递）。

（3）返回值：

32位整数：通过 R0 返回。

64位整数：通过 R0（低32位）和 R1（高32位）返回。

浮点数：通过 S0（单精度）或 D0（双精度）返回

三、ARM 裸机开发环境搭建

；标准伪指令
        preserve8 ；
        area reset, code, readonly
        code32
        entry

;<1>
        ldr pc, =start_hander                 ; 复位异常（Reset）
        ldr pc, =undefine_hander ; 未定义指令异常
        ldr pc, =software_hander ; 软件中断（SWI/SVC）
        ldr pc, =prefetch_hander ; 预取中止异常
        ldr pc, =data_hander ; 数据中止异常
        nop ; 保留位（ARMv5+）
        ldr pc, =irq_hander ; 普通中断（IRQ）
        ldr pc, =fiq_hander ; 快速中断（FIQ）
undefine_hander
        b undefine_hander
import software_vector
software_hander
        stmfd sp!, {r0-r12, lr} ; 保存寄存器现场
        bl software_vector                         ; 调用C函数处理SWI
        ldmfd sp!, {r0-r12, pc}^                  ; 恢复现场并返回（^表示恢复CPSR）
；注意：此处使用^修饰符，表示同时将SPSR恢复到CPSR（用于模式切换）
；默认异常处理均为死循环，实际项目中需替换为具体逻辑
prefetch_hander
        b prefetch_hander                         ; 预取中止死循环
data_hander
        b data_hander                               ; 数据中止死循环
irq_hander
        b irq_hander                                 ; IRQ死循环
fiq_hander
        b fiq_hander                                 ; FIQ死循环

；SWI触发函数
export asm_swi_fun
asm_swi_fun
swi #7 ；触发软件中断（编号7）
bx lr ；返回调用者
start_hander ；(主开始位置)
        ldr sp, =0x40001000                 ; 设置栈指针初始位置<2>
        import main                               ; 声明外部C入口函数
；切换处理器模式到用户模式（CPSR.M[4:0] = 0x10），并启用中断（清除I-bit）<3>
        mrs r0, cpsr                               ; 读取CPSR
        bic r0, r0, #(0x1F << 0)    ; 清除模式位
        bic r0, r0, #(1 << 7)    ; 清除中断禁止位（I-bit）
        orr r0, r0, #(0x10 << 0) ; 设置为用户模式（0x10）
        msr cpsr_c, r0 ; 写回CPSR
；重新设置用户模式
        ldr sp, =0x40001000               ; 重新设置栈指针
        sub sp, sp, #1024         ; 预留栈空间（1KB）
        b main                                        ; 跳转到C的main函数

end

知识点：

1、中断向量表

位置：必须位于0x00000000地址（或可通过VBAR重定位）

组成：8个32位条目，按固定顺序对应不同异常类型

跳转方式：

ldr pc, =handler：支持全地址范围跳转

b handler：仅支持±32MB范围跳转

2、栈设置：
在进入用户模式前，先设置一次栈（ldr sp, =0x40001000），这是为了在切换模式前确保栈有效（因为不同模式有各自的SP寄存器）
切换到用户模式后，再次设置栈指针并预留空间（sub sp, sp, #1024），避免用户程序栈溢出破坏其他数据

3、ARM处理器中 CPSR（当前程序状态寄存器）的模式位

模式值（十六进制）	模式名称	英文全称	用途说明
`0x10`	用户模式	User Mode	运行普通应用程序的非特权模式，无法直接访问硬件资源或执行特权指令。
`0x11`	FIQ模式	Fast Interrupt Mode	处理高速中断（FIQ），有专用的寄存器（R8-R14_fiq），用于低延迟中断响应。
`0x12`	IRQ模式	Interrupt Mode	处理普通中断（IRQ），比 FIQ 优先级低，用于一般外设中断。
`0x13`	SVC模式	Supervisor Mode	操作系统内核模式（如 Linux 的 Kernel Mode），用于处理软件中断（SWI/SVC）。
`0x17`	Abort模式	Abort Mode	当发生内存访问异常（如缺页或权限错误）时进入此模式。
`0x1B`	Undef模式	Undefined Mode	当执行未定义指令时触发，用于模拟浮点指令或扩展指令集。