汇编语言程序设计
由于嵌入式软件对实时性要求较高，为提升性能往往需要在程序设计中采用汇编语言。与其他主流编程语言不同，汇编语言通常仅用于底层开发、硬件操作及高性能优化的场景。在驱动开发、嵌入式操作系统和实时程序等关键领域，汇编语言仍然发挥着不可替代的作用。
汇编语言概述
汇编语言（Assembly Language）是一种面向机器的程序设计语言。它采用助记符替代机器指令的操作码，使用地址符号或标号代替指令或操作数的地址，显著提升了程序可读性并降低了编程难度，因此也被称为符号语言。需要注意的是，用汇编语言编写的程序必须通过汇编器转换为机器指令才能被处理器识别和执行。不同处理器具有各自独特的指令集，因此每种处理器都对应着特定的汇编语言语法规则和汇编器。即使是同系列处理器，也可能存在不同的汇编器版本。
汇编语言的主要特征包括：
- 机器相关性：作为面向硬件的低级语言，汇编语言通常针对特定计算机体系设计。由于它是机器指令的符号化表示，因此不同机器架构必然对应不同的汇编语言。要充分发挥硬件性能，编程人员必须深入理解计算机体系结构。
- 执行高效性：汇编语言继承了机器语言的优势，具有直接访问和控制硬件的能力，能够高效操作磁盘、存储器、CPU及I/O端口等设备。其程序体积小、内存占用少、执行速度快，可实现极高的运行效率。
- 开发复杂性：由于直接控制硬件，即便是简单任务也需要大量指令实现。程序设计必须全面考虑各种软硬件资源分配，处理过程高度细节化，导致开发难度大且调试困难。
汇编语言程序
汇编语言编写的程序称为汇编语言源程序。由于计算机无法直接识别符号语言程序，需要通过专门的汇编程序进行翻译。编写汇编语言程序时需遵循相应的语法规范和约定，其核心是汇编指令，它决定了汇编语言的特性。
汇编语言源程序由若干语句组成，主要包括以下三类：
1）指令语句：指令语句（又称机器指令语句）经汇编后能生成对应的机器代码，可直接被CPU识别执行。例如数据传输指令MOV、算术运算指令ADD/SUB、逻辑运算指令AND等。编写时需严格遵守指令格式要求。
指令语句主要分为：
- 数据传送指令
- 算术运算指令
- 逻辑运算指令
- 移位指令
- 程序控制指令
- 处理器控制指令
2）伪指令语句：伪指令用于指导汇编过程，不生成机器代码，其操作在汇编阶段完成。与指令语句不同，伪指令语句的功能包括：
- 变量地址分配
- 符号赋值
- 汇编流程控制
常用伪指令类型：
（1）常数定义伪指令 例（ARM汇编）： X EQU 50 // 定义符号X的值为50
（2）存储定义伪指令
例（ARM汇编）： str DCB "this is a test" // 分配并初始化字节存储区，str为起始地址（3）汇编控制伪指令 包括条件判断（IF/ELSE/ENDIF）和循环控制（WHILE/WEND）等
（4）程序入口伪指令 如ARM中的ENTRY指令
（5）程序结束伪指令 如ARM中的END指令
每条汇编指令语句由四个部分组成，分为标号区、操作码区、操作数区和注释区，各区间用特定符号分隔。标号区用于标识指令语句，代表该指令的内存地址；操作码区包含指令助记符，可以是机器指令或伪指令；操作数区则指明指令的操作对象，通常通过寄存器或内存单元的寻址方式实现。
3）宏指令语句：汇编语言允许用户将常用程序段定义为宏。宏定义须遵循特定规范，每个宏都具有唯一名称。在程序中调用宏时，只需使用宏名即可实现相应功能，这种调用方式称为宏指令语句。
汇编语言程序示例
以ARM汇编语言为例，说明汇编程序的基本格式。ARM汇编语言程序示例 ARM汇编语言以段(section)为单位组织源文件。段是具有特定名称的独立指令或数据序列，可分为代码段和数据段：代码段存储执行指令，数据段存储运行时所需数据。每个ARM程序至少包含一个代码段，复杂程序可包含多个代码段和数据段。
ARM汇编程序经汇编处理后生成可执行映像文件（类似Windows系统的EXE文件）。该文件通常包含：
- 一个或多个只读代码段
- 零个或多个含初始值的可读写数据段
- 零个或多个初始化为0的可读写数据段
链接器按照特定规则将各段分配到内存不同位置，因此源程序中相邻的段在映像文件中可能并不连续。
在一个ARM源程序中，使用AREA伪指令定义一个段。AREA表示一个段的开始，后面是这个段的名称及相关属性。在本例中定义了一个只读的代码段，其名称为EXAMPLE1。
AREA EXAMPLE1, CODE, READONLY ENTRY
START ;r0+r1 -> r2MOV r0,#10MOV r1, #3ADD r2, r0, rl END ENTRY伪指令用于标识程序的入口地址，即程序执行的第一条指令位置。在ARM程序中，可以存在多个ENTRY声明，但必须至少包含一个。通常，初始化代码和异常处理程序中都会包含ENTRY声明。如果程序中包含C代码，则C语言库文件的初始化部分也会包含ENTRY。
本程序主体实现了一个简单的加法运算。以";"开头的注释说明该操作是将寄存器r1的值与r0相加，结果存入r2寄存器。
END伪指令用于标记源文件的结束。每个汇编模块都必须包含一个END声明来表示模块的结束。
在ARM汇编语言中，子程序调用通过BL指令实现。其语法格式为：
BL subname ; subname为被调用子程序的名称
BL指令执行两个操作：首先将子程序的返回地址保存到LR寄存器，然后将程序计数器PC设置为目标子程序的首条指令地址。当需要从子程序返回时，只需将LR寄存器的值赋给PC寄存器即可。此外，子程序调用时通常使用寄存器r0~r3来传递参数和返回结果。
以下是一个ARM子程序调用的示例。子程序DOADD实现加法运算，操作数存放在r0和r1寄存器中，结果返回至r0寄存器：
AREA EXAMPLE2, CODE, READONLYENTYR
STARTMOV r0, #10 ; 设置输入参数r0MOV r1, #3 ; 设置输入参数r1BL DOADD ; 调用子程序DOADD
DOADD ADD r0, r0, r1 ; 子程序MOV pc, lr ; 从子程序返回END