第9章 ARM汇编语言程序设计基础.ppt

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1、第第9章章ARM汇编语言程序设计基础汇编语言程序设计基础ADSIDE（集成开发环境)nARM应用软件的开发工具根据功能的不同，可以分为编辑软件、编译软件、汇编软件、链接软件、调试软件、嵌入式实时操作系统、函数库、评估板，JTAG仿真器以及在线仿真器等。目前有多家公司可以提供以上不同类型的开发工具，用户采用ARM处理器进行嵌入式系统开发时，选择合适的开发工具可以加快开发进度，节省开发成本。ADS工具包的组成nADS是ARM公司推出的集成开发工具包，是专门用于ARM相关应用开发和调试的综合性软件。目前常用的版本是1.2，在功能和易用性上比早期的SDT都有提高，是一款功能强大又易于使用的开发工具。A

2、RMADS包含有编译器、链接器、CodeWarriorIDE、调试器、指令集模拟器、ARM开发包和应用库等部分，可以用ADS来开发、编译、调试采用包括C、C+和ARM汇编语言编写的程序。ADS工具包的组成n1.编译器编译器nADS提供多种编译器，以支持ARM和Thumb指令的编译。n2.链接器链接器nArmlink（ARM链接器）可以将编译得到的一个或多个目标文件和相关的一个或多个库文件进行链接，生成一个可执行文件，也可以将多个目标文件部分链接成一个目标文件，以供进一步的链接。ADS工具包的组成n3.CodeWarriorIDEnCodeWarriorIDE（集成开发环境）包括工程管理器、代码

3、生成接口、语法敏感编辑器、源文件和类浏览器、源代码版本控制系统接口以及文本搜索引擎等。ADS仅在其PC机版本中集成了该IDE。nCodeWarriorIDE为管理和开发项目提供了简单多样化的图形用户界面，用户可以使用ADS的CodeWarriorIDE为ARM和Thumb处理器开发用C、C+或者ARM汇编语言编写的程序代码。ADS工具包的组成n（1）调试器类型nADS中包含有3个调试器，分别是ARM扩展调试器AXD（ARMeXtendedDebugger.n（2）调试方式n在ARM体系中，可以选择Multi-ICE（Multi-processorin-circuitemulator）ARMul

4、ator或Angel多种调试方式。ADS工具包的组成n5.ARM开发包和函数库开发包和函数库nARM开发包由一些底层的例程和库组成，可以帮助用户快速开发基于ARM的应用程序和操作系统。nADS的ARM应用库完善并增强了SDT中的函数库，同时还包括一些非常有用的源码例程。ADS开发工具集n1命令行开发工具命令行开发工具n(1)armccnarmcc是ARMC编译器。在命令控制台环境下，输入命令：C:armcchelp可以查看armcc的语法格式以及最常用的一些操作选项。n（2）armcppnarmcpp是ARMC+编译器。它将ISOC+或EC+编译成32位ARM指令代码。n(3)tccntcc是

5、ThumbC编译器。该编译器通过了PlumHallCValidationSuite为ANSI一致性的测试。tcc将ANSIC源代码编译成16位的Thumb指令代码。ADS开发工具集(4)tcppntcpp是ThumbC+编译器。它将ISOC+和EC+源码编译成16位Thumb指令代码。n(5)armsmnarmsm是ARM和Thumb的汇编器.它对用ARM汇编语言和Thumb汇编语言写的源代码进行汇编。n(6)armlinknarmlink是ARM连接器。n(7)armsdnarmsd是ARM和Thumb的符号调试器。ADS开发工具集n2GUI开发环境开发环境nADSGUI开发环境主要包含Co

6、deWarrior和AXD，其中CodeWarrior是用于编译和链接的集成开发工具，而AXD则是支持单步执行、断点设置等功能的集成调试工具。n（1）CodeWarriornCodeWarriorforARM是一套完整的集成开发工具，充分发挥了ARMRISC指令系统的优势,使产品开发人员能够很好的应用尖端的片上系统技术.该工具是专为基于ARMRISC的处理器而设计的。ADS开发工具集n（2）AXDnAXD调试器本身是一个软件，用户通过这个软件可以对包含有调试信息的、正在运行的可执行代码进行变量的查看、断点的设置、单步执行等调试操作。在ARM体系中，它有Multi-ICE、ARMulator和A

7、ngel等几种方式。AXD可以在Windows和UNIX下进行程序的调试，它为用C、C+和汇编语言的源代码提供了一个全面的Windows和UNIX环境。ADS开发工具集n3、实用程序实用程序nADS提供以下的实用工具来配合前面介绍的命令行开发工具的使用。nfromELF是ARM映像文件转换工具。narmar是ARM库函数生成器。nFlashdownloader用于把二进制映像文件下载到ARM嵌入式设备上的Flash存储器中。ARM汇编伪指令n在ARM汇编语言程序里，有一些特殊指令助记符，这些助记符与指令系统的助记符不同，没有相对应的操作码，也就是不会生成机器码，仅仅是在编译器软件中起着格式化的

8、作用，通常称这些特殊指令助记符为伪指令。伪指令在源程序中的作用是为完成汇编程序作各种准备工作的，这些伪指令仅在汇编过程中起作用，一旦汇编结束，伪指令的使命就完成。在ARM的汇编程序中，有如下几种伪指令：数据常量定义伪指令、数据变量定义伪指令、内存分配伪指令及其他伪指令。1数据常量定义伪指令n数据常量定义伪指令EQU用于为程序中的常量、标号等定义一个等效的字符名称，类似于C语言中的#define。EQU语法格式：名称EQU表达式，类型；其中EQU可用“*”代替。名称为EQU伪指令定义的字符名称，当表达式为32位的常量时，可以指定表达式的数据类型，可以有以下三种类型：CODE16、CODE32和D

9、ATA。2数据变量定义伪指令(Cont.)n数据变量定义伪指令用于定义ARM汇编程序中的变量、对变量赋值以及定义寄存器的别名等操作。常见的数据变量定义伪指令有如下几种：（1）GBLA、GBLL和GBLS语法格式：GBLA（GBLL或GBLS）全局变量名GBLA、GBLL和GBLS伪指令用于定义全局变量，并将其初始化。其中：GBLA用于定义一个全局的数字变量，并初始化为0；GBLL用于定义一个全局的逻辑变量，并初始化F（假）；nGBLS用于定义一个全局的字符串变量，并初始化为空；2数据变量定义伪指令(Cont.)n（2）LCLA、LCLL和LCLS语法格式：LCLA（LCLL或LCLS）局部变量

10、名LCLA、LCLL和LCLS伪指令用于定义一个ARM程序中的局部变量，并将其初始化。其中：LCLA伪指令用于定义一个局部的数字变量，并初始化为0；LCLL伪指令用于定义一个局部的逻辑变量，并初始化为F（假）；LCLS伪指令用于定义一个局部的字符串变量，并初始化为空；2数据变量定义伪指令(Cont.)n（3）SETA、SETL和SETS语法格式：变量名SETA（SETL或SETS）表达式伪指令SETA、SETL、SETS用于给一个已经定义的全局变量或局部变量赋值。SETA伪指令用于给一个数学变量赋值；SETL伪指令用于给一个逻辑变量赋值；SETS伪指令用于给一个字符串变量赋值；2数据变量定义伪

11、指令(Cont.)n（4）RLIST语法格式：名称RLIST寄存器列表RLIST伪指令可用于对一个通用寄存器列表定义名称，使用该伪指令定义的名称可在ARM指令LDM/STM中使用。在LDM/STM指令中，列表中的寄存器访问次序为根据寄存器的编号由低到高，而与列表中的寄存器排列次序无关。3内存分配伪指令内存分配伪指令n内存分配伪指令一般用于为特定的数据分配存储单元，同时可完成已分配存储单元的初始化。常见的数据定义伪指令有如下几种：n（1）DCB语法格式：标号DCB表达式n(2)DCW（或DCWU）语法格式：标号DCW（或DCWU）表达式3内存分配伪指令内存分配伪指令(Cont.)n（3）DCD（

12、或DCDU）语法格式：标号DCD（或DCDU）表达式n（4）DCFD（或DCFDU）语法格式：标号DCFD（或DCFDU）表达式n（5）DCFS（或DCFSU）语法格式：标号DCFS（或DCFSU）表达式3内存分配伪指令内存分配伪指令(Cont.)n(6）DCQ(或DCQU）语法格式：标号DCQ（或DCQU）表达式n（7)SPACE语法格式：标号SPACE表达式n（8）MAP语法格式：MAP表达式，基址寄存器n（9）FILED语法格式：标号FIELD表达式4汇编控制伪指令汇编控制伪指令n汇编控制伪指令用于控制汇编程序的执行流程，常用的汇编控制伪指令包括以下几条：（1）IF、ELSE、ENDIF

13、语法格式：IF逻辑表达式n指令序列1nELSE指令序列2ENDIF4汇编控制伪指令汇编控制伪指令(Cont.)n（2）WHILE、WEND语法格式：WHILE逻辑表达式指令序列WENDn（3）MEXIT语法格式：MEXITMEXIT用于从宏定义中跳转出去。4汇编控制伪指令汇编控制伪指令(Cont.)n（4）MACRO、MEND语法格式：MACRO$标号宏名$参数1，$参数2，指令序列MENDMACRO、MEND伪指令可以将一段代码定义为一个整体，然后就可以在程序中通过宏指令多次调用该段代码。5其他常用的伪指令其他常用的伪指令n还有一些其他的伪指令，在汇编程序中经常会被使用，主要包括AREA、A

14、LIGN、CODE16、CODE32、ENTRY、END、EXPOR（或GLOBAL）IMPORT、EXTERN、GET（或INCLUDE）INCBIN、RN、ROUT等。5其他常用的伪指令其他常用的伪指令(Cont.)n（1）AREA语法格式：AREA段名属性1，属性2，AREA伪指令用于定义一个代码段或数据段。其中，段名若以数字开头，则该段名需用“|”括起来，如|1_test|。属性字段表示该代码段（或数据段）的相关属性，多个属性用逗号分隔。5其他常用的伪指令其他常用的伪指令(Cont.)n（2）ALIGNn语法格式：ALIGN表达式,偏移量n（3）CODE16、CODE32语法格式：CO

15、DE16（或CODE32）n（4）ENTRY语法格式：ENTRYn5其他常用的伪指令其他常用的伪指令(Cont.)n（5）END语法格式：ENDn（6）EXPORT（或GLOBAL）语法格式：EXPORT标号WEAKn(7）IMPORT语法格式：IMPORT标号WEAK5其他常用的伪指令其他常用的伪指令(Cont.)n（8）EXTERN语法格式：EXTERN标号WEAKn（9）GET（或INCLUDE）语法格式：GET文件名n（10）INCBIN语法格式：INCBIN文件名n（11）RN语法格式：名称RN表达式ARM的汇编语言结构n在ARM（Thumb）汇编语言程序中，以相对独立的指令或数据序

16、列的程序段为单位组织程序代码。段可以分为代码段和数据段，代码段的内容为执行代码，数据段存放代码运行时需要用到的数据。一个汇编程序至少应该有一个代码段，也可以分割为多个代码段和数据段，多个段在程序编译链接时最终形成一个可执行的映象文件。可执行映象文件通常由以下几部分构成：n一个或多个代码段，代码段的属性为只读。n零个或多个包含初始化数据的数据段，数据段的属性为可读写。n零个或多个不包含初始化数据的数据段，数据段的属性为可读写。ARM汇编语言的语句格式n1.基本语句格式基本语句格式nARM（Thumb）汇编语言的语句格式为：n标号指令或伪指令；注释n规则:n如果一条语句太长，可将其分为若干行来书写

17、，在行的末用续行符“”来标识下一行与本行为同一条语句。n每一条指令的助记符可以全部用大写、或全部用小写，但不能在一条指令中大、小写混用。ARM汇编语言的语句格式(Cont.)n2.汇编语言程序中常用的符号汇编语言程序中常用的符号n在汇编语言程序设计中，可以使用各种符号代替地址、变量和常量等，以增加程序的可读性。以下为符号命名的约定：n符号名不应与指令或伪指令同名n符号在其作用范围内必须唯一。n符号区分大小写，同名的大、小写符号被视为两个不同的符号。n自定义的符号名不能与系统保留字相同。ARM汇编语言的语句格式(Cont.)n3.程序中的常量程序中的常量n程序中的常量是指其值在程序的运行过程中不

18、能被改变的量。ARM（Thumb）汇编程序所支持的常量有逻辑常量、数字常量和字符串常量。n数字常量一般为32位的整数，无符号常量取值范围为0232-1，有符号常量取值范围为-231231-1。n逻辑常量只有两种取值：真或假。n字符串常量为一个固定的字符串，一般用来提示程序运行时的信息。ARM汇编语言的语句格式(Cont.)n4.汇编语言程序中的变量汇编语言程序中的变量n程序中的变量是指其值在程序的运行过程中可以改变的量。n逻辑变量用于在程序的运行中保存逻辑值（真/假）。n数字变量用于在程序的运行中保存数字值，但数字值的大小不应超出数字变量所能表示的范围。n字符串变量用于在程序的运行中保存一个字

19、符串，但字符串的长度不应超出字符串变量所能表示的范围。ARM汇编语言的语句格式(Cont.)n5.程序中的变量代换程序中的变量代换n程序中的变量可通过代换操作取得一个常量。代换操作符为“$”。如果“$”在数字变量前面，编译器会将该数字变量的值转换为十六进制的字符串，并将该十六进制的字符串代换“$”后的数字变量。基于Windows下ADS的汇编语言程序结构nADS环境下的ARM汇编语言程序结构与其它环境下的汇编语言程序结构大体相同，整个程序也是以段为单元来组织代码。其语法规则总结如下：n所有标号必须在一行的顶格书写，其后不要添加“：”号；n所有的指令均不能顶格写；n大小写敏感（可以全部大写或全部

20、小写，但不能大小写混合使用）；n注释使用分号“;”。基于基于Linux下下GCC的汇编语言程序结构的汇编语言程序结构nLinux下GCC的汇编语言结构与其它环境下的汇编语言结构相似，整个程序都是以程序段为单位来组织代码，但是在语言规则上与ADS环境下的ARM汇编语言规则有明显的区别。现将Linux下GCC的汇编语言规则总结如下：n所有标号必须在一行的顶格书写，并且其后必须添加“:”号；n所有的指令均不能顶格写；n大小写敏感（可以全部大写或全部小写，但不能大小写混合使用）；n注释使用分号“”（注释的内容由“”号起到此行结束，注释可以在一行的顶格书写）；ARM汇编语言程序调试汇编语言程序调试n无论

21、进行嵌入式系统软件开发还是硬件电路设计，调试永远是不可缺少的、非常重要的一个环节。通常嵌入式系统的调试方法和类型有很多种，最为常见的包括软件模拟调试、硬件仿真器在线调试、Wiggler线缆调试和Linux环境下的gdb程序调试。ADS软件模拟环境下的程序调试nADS软件模拟调试是利用ARMUL.dll提供的一个软ARM内核，调试工具和待调试的嵌入式软件都在主机上运行，由主机提供一个模拟的目标运行环境，可以进行语法和逻辑上的调试。它的优点是简单方便，不需要嵌入式目标板，软件的调试功能较强；功能有限，不能进行实时联机调试。ADS硬件仿真器环境下的程序调试n在ADS环境下利用JTAG硬件仿真器可以实

22、现联机调试，即在线调试嵌入式设备的Flash中的程序或者SDRAM中的程序。由于仿真器自成体系，调试时既可以连接目标板，也可以不连接目标板，当然仿真器的价格也相对比较贵。一般在程序的前期开发，通常让程序只在SDRAM中调试运行，最后才下载到Flash中进行调试运行。ADS硬件仿真器环境下的程序调试(Cont.)nARM仿真器是通过内部硬件实现PC并口协议到串行JTAG（JiontTestActionGruop）协议的转换。利用高速JTAG串行扫描链，通过调试通信通道（DebugCommunicationsChannel,DCC）连接ARM核心内嵌的名为“Embedded-ICE”的调试逻辑，调

23、试逻辑实时监测ARM核心的寄存器、数据总线和地址总线。ADS硬件仿真器环境下的程序调试(Cont.)n1.Multi-ICEserver软件的安装软件的安装ADS硬件仿真器环境下的程序调试(Cont.)n2运行运行Multi-ICEservern保证硬件正确连接后，即可运行Multi-ICEserver，默认情况下，server会用自动配置来连接目标器件。当然，可以在settings菜单下选择配置的方式，一般选择Atuo-Configure即可。n如果正确连接到一个ARM内n核的嵌入式目标板，将显示n图。ADS硬件仿真器环境下的程序调试(Cont.)n3配置配置ADS以支持以支持JTAG仿真器

24、仿真器n启动ADS的调试器AXD后，从菜单“Option”中选择“ConfigureTarget”，在弹出的窗口中，选择Multi-ICE，如果没有此项，则需要将Multi-ICE驱动添加到对话框中。如图所示。ADSWiggler调试电缆环境下的程序调试nWiggler调试电缆实际上可以看出就是一个简易的JTAG“仿真器”，它也支持ADS集成开发环境和在线联机调试，支持单步、全速及断点等调试功能。ADSWiggler调试电缆环境下的程序调试(Cont.)n1.WigglerJTAG调试电缆的驱动安装调试电缆的驱动安装n要使用WigglerJTAG调试电缆来调试ARM处理器，除了ADS1.2集成

25、开发环境外，还需要安装一个ARM调试代理，一般使用H-JTAG软件，H-JTAG软件的特点如下：n支持ARM7/ARM9，支持自动检测和手动指定内核；n使用RDI接口，支持SDT2.51、ADS1.2、REALVIEW和IAR集成开发环境；n支持2个硬件断点或数量不限的软件断点；n支持ARM/Thumb模式；n支持LittleEndian&BIGEndian模式；n支持Semihosting调试；n支持Wiggler、SDTJTAG和自定义接口。n首先，用鼠标双击H-JTAG软件的安装文件H-JTAGV0.2.exe，启动H-JTAG安装界面，按照提示操作完成安装。ADSWiggler调试电缆

26、环境下的程序调试(Cont.)n2.运行运行H-JATG软件软件n接着，将WigglerJTAG调试电缆一头通过并口延长线与PC机的并口连接，另一头接到嵌入式目标板的JTAG插座上。然后启动H-JTAG。H-JTAG会自动检测ARM内核，如果JTAG连接正确将会在H-JTAG主窗口中显示处理器的型号.ADSWiggler调试电缆环境下的程序调试(Cont.)n3.配置配置ADS以支持以支持JTAG仿真器仿真器n启动ADS的调试器AXD后，从菜单“Option”中选择“ConfigureTarget”,在弹出的窗口中，添加或选择H-JTAG.dll（如图所示）。Linux环境下的gdb程序调试n

27、Linux下提供了一个叫gdb的GNU调试程序，主要用来调试C、C+等应用程序。它可以提供：监视程序中变量的值；设置断点以使程序在指定的代码行上暂停执行；单步执行；n语法格式：gdbgdb基本命令基本命令ARM汇编语言与C语言混合编程nARM体系结构支持C/C+以及汇编语言的混合编程，在一个完整的程序设计中，除了初始化部分用汇编完成以外，其主要的编程任务一般都用C/C+完成。n汇编语言和C/C+的混合编程通常有以下几种方式：n汇编程序中调用C程序nC程序中调用汇编程序nC程序中内嵌汇编语句n从汇编程序中访问C程序变量基本的ATPCSn基本的ATPCS规定了在混合编程时子程序调用的一些基本规则，

28、主要包括寄存器的使用、堆栈的使用、参数传递和子程序结果的返回等方面的规则。n1.寄存器的使用规则n程序通过寄存器R0R3来传递参数，这时这些寄存器可以记作A0A3，被调用的子程序在返回前无需恢复寄存器R0R3的内容。基本的ATPCS(Cont.)n在子程序中，使用R4R11来保存局部变量，这时这些寄存器可以记作V1V8。n寄存器R12用作子程序间scratch寄存器，记作IP，在子程序的连接代码段中经常会有这种使用规则。基本的ATPCS(Cont.)n寄存器R13用作数据栈指针，记做SP，在子程序中寄存器R13不能用做其他用途。n寄存器R14用作连接寄存器，记作LR，它用于保存子程序的返回地址

29、。n寄存器R15是程序计数器，记作PC，它不能用作其他用途。nATPCS中的各寄存器在ARM编译器和汇编器中都是预定义的。基本的ATPCS(Cont.)n2.堆栈的使用规则n栈指针通常可以指向不同的位置，当栈指针指向栈顶元素时，称为FULL栈。当栈指针指向与栈顶元素相邻的一个元素时,称为Empty栈。数据栈的增长方向也可以不同，当数据栈向内存减小的地址方向增长时，称为Descending栈；反之称为Ascending栈。基本的ATPCS(Cont.)n3.参数的传递规则n根据参数个数是否固定，可以将子程序分为参数个数固定的子程序和参数个数可变的子程序，这两种子程序的参数传递规则不同的。n参数个

30、数可变的子程序参数传递规则。n参数个数固定的子程序参数传递规则。基本的ATPCS(Cont.)n4.子程序结果返回规则n结果为一个32位的整数时，可通过寄存器R0返回。n结果为一个64位整数时，可以通R0和R1返回，依此类推。n结果为一个浮点数时，可以通过浮点运算部件的寄存器f0，d0或者s0来返回。n结果为一个复合的浮点数时，可以通过寄存器f0-fN或者d0dN来返回。n对于位数更多的结果，则需要通过调用内存来传递。汇编程序中调用C程序n2.C语言文件n/*Cfile,calledbyasmfile*/nintcFun(inta,intb,intc)nnreturna+b+c;nn这里的参数

31、传递是利用寄存器r0r2。需要指出的是当函数的参数个数大于4时就要借助堆栈。C程序中调用汇编程序n在汇编程序中使用EXPORT伪指令声明程序，使得本程序可以被其他的程序调用；在C语言中使用EXTERN关键词声明该汇编程序，这样就可以在C中使用该函数了。从C的角度，并不知道该函数的实现是用C还是汇编。C程序中内嵌汇编语句程序中内嵌汇编语句n在C中内嵌的汇编指令支持大部分的ARM和Thumb指令，不过其使用与汇编文件中的指令有些不同，存在一些限制，主要有下面几个方面：n不能直接向PC寄存器赋值，程序跳转要使用B或者BL指令；n在使用物理寄存器时，不要使用过于复杂的C表达式，避免物理寄存器冲突；nR

32、12和R13可能被编译器用来存放中间编译结果；n一般不要直接指定物理寄存器，而让编译器进行分配；从汇编程序中访问从汇编程序中访问C程序变量程序变量n在C程序中声明的全局变量可以被汇编程序通过地址间接访问，具体访问方法如下：n使用IMPORT伪指令声明该全局变量。n使用LDR指令读取该全局变量的内存地址，通常该全局变量的内存地址值存放在程序的数据缓冲区中。n根据该数据的类型，使用相应的LDR指令读取该全局变量的值，使用相应的STR指令修改该全局变量的值。从汇编程序中访问从汇编程序中访问C程序变量程序变量(Cont.)n各数据类型及其对应的LDR/STR指令如下：n对于无符号的char类型的变量通

33、过指令LDRB/STRB来读写。n对于无符号的short类型的变量通过指令LDRH/STRH读写。n对于int类型的变量通过指令LDR/STR来读写。n对于有符号的char类型的变量通过指令LDRSB来读取。n对于有符号的char类型的变量通过指令STRB来写入。n对于有符号的short类型的变量通过指令LDRH来读取。n对于有符号的short类型的变量通过指令LDRH来写入。n对于小于8个字的结构型变量，可以通过一条LDM/STM指令来读/写整个变量。n对于结构型变量的数据成员，可以使用相应的LDR/STR指令来访问，这时必须知道该数据成员相对于结构型变量开始地址的偏移量。从汇编程序中访问从

34、汇编程序中访问C程序变量程序变量(Cont.)n下面是一个在汇编程序中访问C程序全局变量的例子。nAREAglobal_exp,CODE,READONLYnEXPORTasmsubnIMPORTglobv；声明全局变量nasmsubnLDRr1,=globv；将内存地址读入到R1中nLDRr0,r1；将数据读入到R0中nADDr0,r0,#2nSTRr0,r1；修改后再将值赋予变量nMOVpc,lrnEND从汇编程序中访问从汇编程序中访问C程序变量程序变量(Cont.)n程序中，变量globv1是在C程序中声明的全局变量，在汇编程序中首先使用IMPORT伪指令声明该变量，再将其内存地址读入到寄存器R1中，将其值读入到寄存器R0中，修改后再将寄存器R0的值赋予变量globv。