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硬件开发（5）—ARM汇编

news 2025/9/10 15:28:31

1.arm汇编基础

1.伪操作与代码结构

汇编伪操作并非处理器指令，而是用于指导汇编器组织代码段、指定指令集等，是构建启动代码的 “骨架”。启动代码的标准开头由以下伪操作组成：

area reset, code, readonly ;定义代码段，命名为reset
code32 ;表示后续指令使用 32位的 ARM 指令集
entry ；程序入口
...
（编写核心代码）
...
end ；结束

2.指令

1.mov

立即数赋值：MOV{S}<c> <Rd>, #<const>（Rd：目标寄存器，#<const>：立即数）
寄存器赋值：MOV{S}<c> <Rd>, <Rm>（Rm：源寄存器）

移位类型	格式示例	功能说明
逻辑左移（LSL）	`MOV R0, R1, LSL #3`	R1 的值左移 3 位（乘 8），结果赋给 R0
逻辑右移（LSR）	`MOV R0, R1, LSR #2`	R1 的值右移 2 位（除 4，无符号）
算术右移（ASR）	`MOV R0, R1, ASR #2`	R1 的值右移 2 位（除 4，有符号，保留符号位）
循环右移（ROR）	`MOV R0, R1, ROR #4`	R1 的值循环右移 4 位，低位补到高位

2.add、sub：加法与减法

立即数作为第二操作数： ADD{S}<c> <Rd>, <Rn>, #<const>
寄存器作为第二操作数寄存器： ADD{S}<c> <Rd>, <Rn>, <Rm>{, <shift>}
寄存器作为第二操作数移位量： ADD{S}<c> <Rd>, <Rn>, <Rm>, <type> <Rs>
立即数作为第二操作数： SUB{S}<c> <Rd>, <Rn>, #<const>
寄存器作为第二操作数寄存器： SUB{S}<c> <Rd>, <Rn>, <Rm>{, <shift>}
寄存器作为第二操作数移位量： SUB{S}<c> <Rd>, <Rn>, <Rm>, <type> <Rs>

示例：

mov r0, #0xFF
mov r1, #0xF0
mov r2, #1
sub r6, r0, #0xF0
sub r7, r0, r1
sub r7, r0, r1, lsl #1
sub r8, r0, r1, lsl r2

立即数：

准确的说这里所指的是12位立即数imm12。先说怎么判断某数是不是12位立即数，12位立即数的条件是：
把某个数展开成2进制，该数必须存在一种循环右移（偶数位），使得移位后高24位全0，低8位即为有效imm8（最高位1与最低位1如果大于8，则不可能是立即数）

3.ldr：加载指令

LDR<c> <Rt>, <label> （非立即数使用）

4.sdr：存放指令

STR<c> <Rt>, <label> （将Rt寄存器的值存储到label对应内存地址）

5..bic(bit clear):指定位置清0

BIC{S}<c> <Rd>, <Rn>, #<const>
BIC{S}<c> <Rd>, <Rn>, <Rm>{, <shift>}
BIC{S}<c> <Rd>, <Rn>, <Rm>, <type> <Rs>

6.orr(or):指定位置1

ORR{S}<c> <Rd>, <Rn>, #<const>
ORR{S}<c> <Rd>, <Rn>, <Rm>{, <shift>}
ORR{S}<c> <Rd>, <Rn>, <Rm>, <type> <Rs>

7.MVN：按位取反移动指令

MVN{S}<c> <Rd>, #<const>
MVN{S}<c> <Rd>, <Rm>{, <shift>}
MVN{S}<c> <Rd>, <Rm>, <type> <Rs>

取反赋给目标源

8.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)

9.cmp(compare):比较指令

CMP<c> <Rn>, #<const>
CMP<c> <Rn>, <Rm>{, <shift>}
CMP<c> <Rn>, <Rm>, <type> <Rs>

示例：比较三个数大小

10.b bl bx :跳转指令

指令	格式	核心作用	应用场景
`B`	`B<c> <label>`	无条件 / 条件跳转，不保存返回地址	循环跳转
`BL`	`BL<c> <label>`	跳转前将当前`PC`（下一条指令地址）存入`LR`，支持返回	调用汇编函数（如初始化函数）
`BX`	`BX <Rm>`	从`Rm`指定的地址跳转，支持 ARM/Thumb 指令集切换	函数返回（`BX LR`，将`LR`的值赋给`PC`）

3.基础运用

1.循环

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（先执行再判断）

mov r0, #0
mov r1, #0
loop
add r1, r1, r0
add r0, r0, #1
cmp r0, #100
ble loop

2.while、for（先判断再执行）

mov r0, #0
mov r1, #0
loop
cmp r0, #100
bgt finish
add r1, r1, r0
add r0, r0, #1
b loop
finish
b finish

2.函数定义及其调用

1.基本形式

b main
func
mov r0, #1
mov r1, #2
add r3, r0, r1
bx lr

main
mov r0, #100
mov r1, #200
bl func
mov r3, #300

2.栈类型

类型	定义
满减栈（FD）	栈指针指向 “最后一个已压栈的数据”，压栈时 SP 先减 4，再存数据
满增栈（FA）	栈指针指向 “最后一个已压栈的数据”，压栈时先存数据，再 SP 加 4
空减栈（ED）	栈指针指向 “下一个待压栈的空地址”，压栈时先存数据，再 SP 减 4
空增栈（EA）	栈指针指向 “下一个待压栈的空地址”，压栈时 SP 先加 4，再存数据

注：arm默认为满减栈

1.栈指针（SP）初始化

压栈前：ldr sp, =0x40001000 ；初始为空，sp指向栈顶

2.保护现场（压栈）：STMFD 指令

STMFD <Rn>{!}, <registers>
; <Rn>：栈指针寄存器（通常是SP）
; {!}：压栈后自动更新SP（SP -= 4×寄存器个数）
; <registers>：需压栈的寄存器列表（如r0-r12, lr）
e.g.stmfd sp!, {r0-r12, lr}

3.恢复现场（弹栈）：LDMFD 指令

LDMFD <Rn>{!}, <registers>
; <Rn>：栈指针寄存器（通常是SP）
; {!}：弹栈后自动更新SP（SP += 4×寄存器个数）
; <registers>：需恢复的寄存器列表（与压栈顺序一致）
e.g.ldmfd sp!, {r0-r12, lr}

3.在汇编中调用c语言函数

步骤 1：创建 C 语言文件（main.c）

// main.c
extern void c_add(void);
// C函数：计算5个参数的和（r0-r3传前4个，第5个通过栈传递）
int c_add(int a, int b, int c, int d, int e)
{
return a + b + c + d + e;
}

步骤 2：汇编中声明导入 C 函数

步骤3：保护现场 bl函数调用恢复现场

步骤4：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

步骤 5：工程配置（Keil 环境）

删除冲突文件：删除工程中默认的startup_xxx.s（如startup_stm32f103.s）和.sct（分散加载文件）；
添加自定义文件：将start.s和main.c添加到工程；
配置 ROM/RAM：
点击 “魔术棒”→Target→设置ROM1：Start=0x0，Size=0x2000（ROM 起始地址和大小，需匹配芯片）；
设置IRAM1：Start=0x40000000，Size=0x1000（RAM 地址，确保 SP 初始化地址在范围内）；
链接配置：
点击 “魔术棒”→Linker→勾选Use Memory Layout from Target Dialog（使用 Target 配置的内存布局，无需分散加载文件）；
调试配置：
点击 “魔术棒”→Debug→选择Use Simulator（使用模拟器）→取消Run to main（确保从汇编启动入口开始执行）。

步骤6：函数传参

前 4 个参数：通过r0-r3寄存器传递（r0传第 1 个，r1传第 2 个，以此类推）；
第 5 个及以后参数：通过栈传递（参数压栈顺序与函数声明顺序一致）；
返回值：通过r0寄存器返回（32 位值），64 位值通过r0-r1返回

stmfd sp!, {r0-r12, lr}
mov r0, #1
mov r1, #2
mov r2, #3
mov r3, #4
mov r4, #5
stmfd sp!, {r4}
bl c_add
ldmfd sp!, {r4}
ldmfd sp!, {r0-r12, lr}

4.在c语言中调用汇编

步骤 1：汇编中定义并导出函数（export func1）

步骤 2：C 中声明并调用汇编函数

5.ARM 工作模式切换：修改 CPSR 寄存器

start_hander
        ldr sp, =0x40001000 ; 初始化SVC模式的栈指针
        mrs r0, cpsr ; 读取当前程序状态寄存器（CPSR）到r0
        bic r0, r0, #(0x1F << 0) ; 清除CPSR的M域（最低5位，控制工作模式）
        bic r0, r0, #(1 << 7) ; 清除CPSR的I位（bit7），允许IRQ中断
        orr r0, r0, #(0x10 << 0) ; 设置M域为User模式（0x10 = 0b10000）
        msr cpsr_c, r0 ; 将修改后的值写入CPSR的控制位段，完成模式切换
        ldr sp, =0x40001000 ; 加载User模式栈的初始地址
        sub sp, sp, #1024 ; 调整栈指针，预留1024字节栈空间（满减栈）

6.异常向量表

1.异常向量表

; 异常向量表：CPU发生异常时的入口地址表，每个入口占4字节
ldr pc, =start_hander ; 0x00000000：复位异常（CPU复位后第一个执行的入口）
ldr pc, =undefine_hander ; 0x00000004：未定义指令异常
ldr pc, =software_hander ; 0x00000008：软件中断异常（SWI/SVC）
ldr pc, =prefetch_hander ; 0x0000000C：预取指异常（指令读取错误）
ldr pc, =data_hander ; 0x00000010：数据异常（数据访问错误）
nop ; 0x00000014：预留位置（保证地址对齐）
ldr pc, =irq_hander ; 0x00000018：IRQ中断（外部中断）
ldr pc, =fiq_hander ; 0x0000001C：FIQ中断（快速中断）

当异常发生时，CPU 会自动跳转到对应地址执行处理函数

2. 异常处理函数

; 未定义指令异常处理（死循环，防止程序跑飞）
undefine_hander b undefine_hander ;
软中断异常处理
software_hander
stmfd sp!, {r0-r12, lr} ；保护现场
bl software_vector ；调用具体的中断处理逻辑
ldmfd sp!, {r0-r12, pc}^ ；恢复现场 + 异常返回，此时使用pc是为了恢复中断前状态并把之前保存的lr的值写给pc

3. 软中断触发函数

        export asm_swi_fun ; 导出符号，供C语言调用
asm_swi_fun
        swi #7 ; 触发软件中断，#7是中断编号（用于区分不同服务）
        bx lr ; 函数返回（中断处理完成后继续执行）

4.启动初始化

start_hander ; 初始化SVC模式栈指针（特权模式栈）
         ldr sp, =0x40001000 ; 切换到User模式（应用程序模式）并允许IRQ中断
        mrs r0, cpsr ; 读取当前程序状态寄存器（CPSR）
        bic r0, r0, #(0x1F << 0) ; 清除低5位（工作模式位）
        bic r0, r0, #(1 << 7) ; 清除I位（允许IRQ中断）
        orr r0, r0, #(0x10 << 0) ; 设置为User模式（0x10=0b10000）
         msr cpsr_c, r0 ; 写入CPSR，完成模式切换 ; 初始化User模式栈（应用程序栈，大小1024字节）
         ldr sp, =0x40001000
        sub sp, sp, #1024 ; 满减栈：栈顶地址 = 0x40001000 - 1024
        b main ; 跳转到C语言main函数

5.主函数