汇编及嵌入式C语言课件

汇编及嵌入式汇编及嵌入式C语言语言教教 师：王茜师：王茜Email:汇编及嵌入式C语言第三章第三章 ARM ARM程序设计基础程序设计基础3.1 ARMARM编程器所支持的伪操作编程器所支持的伪操作伪指令一些特殊的指令助记符，没有相对应的操作码。伪指令在源程序中的作用是为完成汇编程序作各种准备，这些伪指令仅在汇编过程中起作用，一旦汇编结束，伪指令的使命也就完成了。伪指令所完成的操作称为伪操作。汇编及嵌入式C语言3.1.1 符号定义伪指令符号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。常见的符号定义伪指令有如下几种：用于定义全局变量的GBLA、GBLL和GBLS用于定义局部变量的LCLA、LCLL和LCLS用于对变量赋值的SETA、SETL、SETS为通用寄存器列表定义名称的RLIST汇编及嵌入式C语言3.1.1 符号定义伪指令GBLA、GBLL和GBLS-GBLA伪指令用于定义一个全局的数字变量，并初始化为0；-GBLL伪指令用于定义一个全局的逻辑变量，并初始化为F（假）；-GBLS伪指令用于定义一个全局的字符串变量，并初始化为空；由于以上三条伪指令用于定义全局变量，因此在整个程序范围内变量名必须唯一。汇编及嵌入式C语言3.1.1 符号定义伪指令举例如下：GBLATest1;定义一个全局的数字变量Test1SETA0 xaa;将该变量赋值为0 xaaGBLLTest2;定义一个全局的逻辑变量Test2SETLTRUE;将该变量赋值为真GBLSTest3;定义一个全局的字符串变量Test3SETS“Testing”;将该变量赋值为“Testing”汇编及嵌入式C语言3.1.1 符号定义伪指令LCLA、LCLL和LCLS-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；以上三条伪指令用于声明局部变量，在其作用范围内变量名必须唯一。汇编及嵌入式C语言3.1.1 符号定义伪指令举例如下：LCLATest4;声明一个局部的数字变量Test4SETA0 xaa;将该变量赋值为0 xaaLCLLTest5;声明一个局部的逻辑变量Test5SETLTRUE;将该变量赋值为真LCLSTest6;定义一个局部的字符串变量Test6SETS“Testing”;将该变量赋值为“Testing”汇编及嵌入式C语言3.1.1 符号定义伪指令SETA、SETL和SETS-SETA伪指令用于给数字变量赋值；-SETL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；汇编及嵌入式C语言3.1.1 符号定义伪指令RLISTRLIST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高，而与列表中的寄存器排列次序无关。举例如下：RegListRLISTR0-R5，R8，R10；将寄存器列表名称定义为RegList，可在ARM指令LDM/STM中通过该名称访问寄存器列表。汇编及嵌入式C语言3.1.2 数据定义伪指令数据定义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。常见的数字定义伪指令有如下几种：DCB用于分配一片连续的字节存储单元并用指定的数据初始化。DCW（DCWU）用于分配一片连续的半字存储单元并用指定的数据初始化。DCD（DCDU）用于分配一片连续的字存储单元并用指定的数据初始化。汇编及嵌入式C语言3.1.2 数字定义伪指令DCBDCB伪指令用于分配一片连续的字节存储单元并用伪指令中指定的表达式初始化。其中，表达式可以为0255的数字或字符串。DCB也可用“=”代替。举例如下：StrDCB“Thisisatest！”;分配一片连续的字节存储单元并初始化。汇编及嵌入式C语言3.1.2 数字定义伪指令DCW（或DCWU）DCW（或DCWU）伪指令用于分配一片连续的半字存储单元并用伪指令中指定的表达式初始化。其中，表达式可以为程序标号或数字表达式。用DCW分配的字存储单元是半字对齐的，而用DCWU分配的字存储单元并不严格半字对齐。举例如下：DataTestDCW1,2,3;分配一片连续的半字存储单元并初始化。汇编及嵌入式C语言3.1.2 数字定义伪指令DCD（或DCDU）DCD（或DCDU）伪指令用于分配一片连续的字存储单元并用伪指令中指定的表达式初始化。其中，表达式可以为程序标号或数字表达式。DCD也可用“&”代替。用DCD分配的字存储单元是字对齐的，而用DCDU分配的字存储单元并不严格字对齐。举例如下：DataTestDCD4,5,6;分配一片连续的字存储单元并初始化。汇编及嵌入式C语言3.1.2 数据定义伪指令LTORG用于指示汇编器立即汇编当前文字池SPACE用于分配一片连续的存储单元MAP用于定义一个结构化的内存表首地址FIELD用于定义一个结构化的内存表的数据域汇编及嵌入式C语言3.1.2 数字定义伪指令LTORG使用LTORG可确保在指定范围内汇编文字池。使用示例：AREAExample,CODE,READONLYstartBLfunc1func1;codeLDRr1,=0 x55555555;codeMOVpc,lrLTORGdataSPACE4200;从当前位置开始分配连续4200字节的存储单元并初始化为0END汇编及嵌入式C语言3.1.2 数字定义伪指令SPACESPACE伪指令用于分配一片连续的存储区域并初始化为0。其中，表达式为要分配的字节数。SPACE也可用“”代替。举例如下：DataSpaceSPACE100;分配连续100字节的存储单元并初始化为0。汇编及嵌入式C语言3.1.2 数字定义伪指令MAPMAP表达式，基址寄存器MAP伪指令用于定义一个结构化的内存表的首地址。MAP也可用“”代替。表达式可以为程序中的标号或数学表达式，基址寄存器为可选项，当基址寄存器选项不存在时，表达式的值即为内存表的首地址，当该选项存在时，内存表的首地址为表达式的值与基址寄存器的和。MAP伪指令通常与FIELD伪指令配合使用来定义结构化的内存表。MAP0 x100，R0;定义结构化内存表首地址的值为0 x100R0。汇编及嵌入式C语言3.1.2 数字定义伪指令FIELD标号FIELD表达式FIELD伪指令用于定义一个结构化内存表中的数据域。FILED也可用“#”代替。表达式的值为当前数据域在内存表中所占的字节数。FIELD伪指令常与MAP伪指令配合使用来定义结构化的内存表。MAP伪指令定义内存表的首地址，FIELD伪指令定义内存表中的各个数据域，并可以为每个数据域指定一个标号供其他的指令引用。注意MAP和FIELD伪指令仅用于定义数据结构，并不实际分配存储单元。举例如下：MAP0 x100;定义结构化内存表首地址的值为0 x100。AFIELD16;定义A的长度为16字节，位置为0 x100BFIELD32;定义B的长度为32字节，位置为0 x110SFIELD256;定义S的长度为256字节，位置为0 x130汇编及嵌入式C语言3.1.3 汇编控制伪指令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：IF、ELSE、ENDIFWHILE、WENDMACRO、MENDMEXIT汇编及嵌入式C语言3.1.3 汇编控制伪指令IF、ELSE、ENDIFIF、ELSE、ENDIF伪指令能根据条件的成立与否决定是否执行某个指令序列。当IF后面的逻辑表达式为真，则执行指令序列1，否则执行指令序列2。其中，ELSE及指令序列2可以没有，此时，当IF后面的逻辑表达式为真，则执行指令序列1，否则继续执行后面的指令。IF、ELSE、ENDIF伪指令可以嵌套使用。举例如下：GBLLTestIFTest=TRUE指令序列1ELSE指令序列2ENDIFGBLLTHUMBCODECONFIG=16THUMBCODESETLTRUE|THUMBCODESETLFALSE汇编及嵌入式C语言3.1.3 汇编控制伪指令WHILE、WENDWHILE、WEND伪指令能根据条件的成立与否决定是否循环执行某个指令序列。当WHILE后面的逻辑表达式为真，则执行指令序列，该指令序列执行完毕后，再判断逻辑表达式的值，若为真则继续执行，一直到逻辑表达式的值为假。WHILE、WEND伪指令可以嵌套使用。GBLACounterCounterSETA3WHILECounter”、“=”、“=”、“/=”、“”运算符以X和Y表示两个逻辑表达式，以上的运算符代表的运算如下：X=Y表示X等于Y。XY表示X大于Y。X=Y表示X大于等于Y。X=Y表示X小于等于Y。X/=Y表示X不等于Y。XY表示X不等于Y。汇编及嵌入式C语言3.2.2 汇编语言程序中的表达式和运算符汇编语言程序中的表达式和运算符3、逻辑表达式及运算符“LAND”、“LOR”、“LNOT”及“LEOR”运算符以X和Y表示两个逻辑表达式，以上的逻辑运算符代表的运算如下：X：LAND：Y表示将X和Y作逻辑与的操作。X：LOR：Y表示将X和Y作逻辑或的操作。：LNOT：Y表示将Y作逻辑非的操作。X：LEOR：Y表示将X和Y作逻辑异或的操作。汇编及嵌入式C语言3.2.3 汇编语言的程序结构汇编语言的程序结构在ARM（Thumb）汇编语言程序中，以程序段为单位组织代码。段是相对独立的指令或数据序列，具有特定的名称。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，当程序较长时，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。汇编及嵌入式C语言3.2.3 汇编语言的程序结构汇编语言的程序结构可执行映象文件通常由以下几部分构成：一个或多个代码段，代码段的属性为只读。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。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。链接器根据系统默认或用户设定的规则，将各个段安排在存储器中的相应位置。因此源程序中段之间的相对位置与可执行的映象文件中段的相对位置一般不会相同。汇编及嵌入式C语言3.2.3 汇编语言的程序结构汇编语言的程序结构见书P54上的例子。AREAWord,CODE,READONLYnumEQU20ENTRYLDRr0,=srcLDRr1,=dstMOVr2,#numwordcopyLDRr3,r0,#4STRr3,r1,#4SUBSr2,r2,#1BNEwordcopystopMOVr0,#0 x18LDRr1,=0 x20026AREABlockData,DATA,READWRITEsrcDCD1,2,3,4,5,6,7,8,1,2,3,4,5,6,7,8,1,2,3,4dstDCD0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0END汇编及嵌入式C语言3.3 C C语言和汇编语言混合程序设计语言和汇编语言混合程序设计3.3.1 汇编语言与汇编语言与C/C+C/C+的混合编程的混合编程在应用系统的程序设计中，若所有的编程任务均用汇编语言来完成，其工作量是可想而知的，同时，不利于系统升级或应用软件移植，事实上，ARM体系结构支持C/C以及与汇编语言的混合编程，在一个完整的程序设计的中，除了初始化部分用汇编语言完成以外，其主要的编程任务一般都用C/C+完成。汇编语言与C/C+的混合编程通常有以下几种方式：在C/C代码中嵌入汇编指令。在汇编程序和C/C的程序之间进行变量的互访。汇编程序、C/C程序间的相互调用。汇编及嵌入式C语言3.3.1 汇编语言与汇编语言与C/C+C/C+的混合编程的混合编程1.在C语言中内嵌汇编指令注意：不能直接向PC寄存器赋值，程序跳转要使用B或BL指令，如果跳转位置为C中的标号，只能使用B指令。一般不要直接指定物理寄存器，而让编译器进行分配。内嵌汇编语言使用的标记是_asm或asm关键字。#includevoidmy_strcpy(constchar*src,char*dst)intch;_asmloop:LDRBch,src,#1STRBch,dst,#1CMPch,#0BNEloopintmain(void)constchar*a=HelloWorld!;charb20;my_strcpy(a,b);printf(OriginalString:%sn,a);printf(CopiedString:%sn,b);return0;其他嵌入式处理器中使用方法是否相同？一个MIPS操作的实例：_asm_(li$8,0 xb00e6000);_asm_(li$8,0 xb00e4000);for(i=0;i2880;i=i+16)_asm_(pref0,16($25);_asm_(lw$9,0($25);_asm_(sw$9,0($8);_asm_(lw$9,4($25);_asm_(sw$9,4($8);_asm_(lw$9,8($25);_asm_(sw$9,8($8);_asm_(lw$9,12($25);_asm_(sw$9,12($8);_asm_(nop);_asm_(nop);_asm_(nop);_asm_(nop);_asm_(addi$25,16);_asm_(“addi$8,16”)；汇编及嵌入式C语言3.3.1 汇编语言与汇编语言与C/C+C/C+的混合编程的混合编程2.在汇编语句中使用C语言定义的全局变量内嵌汇编语言由于不用单独编译汇编文件，比较简洁，但是当汇编代码比较多时，一般放在单独的汇编文件中，汇编语言和C语言之间通过使用全局变量进行数据的传递。具体访问方法如下：使用IMPORT伪操作声明该全局变量；使用LDR伪指令读取该全局变量的内存地址；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。对于无符号的char类型的变量通过指令LDRB/STRB来读/写；对于无符号的short类型的变量通过指令LDRH/STRH来读/写；对于int类型的变量通过指令LDR/STR来读/写；对于有符号的char类型的变量通过指令LDRSB来读取;对于有符号的char类型的变量通过指令STRB来写入;对于有符号的short类型的变量通过指令LDRSH来读取;对于有符号的short类型的变量通过指令STRH来写入。AREAglobals,CODE,READONLYEXPORTasmsubIMPORTglobvlasmsubLDRr1,=globvlLDRr0,r1ADDr0,r0,#2STRr0,r1MOVpc,lrEND汇编及嵌入式C语言3.3.1 汇编语言与汇编语言与C/C+C/C+的混合编程的混合编程3.在C语言中调用汇编程序为保证程序调用时参数的正确传递，汇编程序设计要遵循ATPCS准则。具体方法如下：在汇编程序中使用EXPORT伪指令声明子程序，使其他程序可以调用此子程序；在C语言程序中使用extern关键字声明外部函数（声明要调用的汇编子程序），即可调用此汇编子程序。#includeexternvoidstrcopy(char*d,constchar*s);intmain()constchar*srcstr=Firststring-source;chardststr=Secondstring-destination;printf(Beforecopying:n);printf(%sn%sn,srcstr,dststr);strcopy(dststr,srcstr);printf(Aftercopying:n);printf(%sn%sn,srcstr,dststr);return0;AREASCopy,CODE,READONLYEXPORTstrcopystrcopy;r0pointstodestinationstring;r1pointstosourcestringLDRBr2,r1,#1STRBr2,r0,#1CMPr2,#0BNEstrcopyMOVpc,lrEND根据ATPCS标准，函数前4个参数通过R0R3来传递，其它参数通过堆栈(FD)传递汇编及嵌入式C语言3.3.1 汇编语言与汇编语言与C/C+C/C+的混合编程的混合编程4.在汇编语言中调用C语言的函数在汇编语言程序中调用C语言函数，需要在汇编程序中利用IMPORT伪指令声明对应的C函数名，汇编程序的设计要遵循ATPCS规则，保证程序调用时参数的正确传递。intg（inta,intb,intc,intd,inte）returna+b+c+d+e;汇编程序调用c程序g（）计算5个整数i,2*i,3*i,4*i,5*i的和EXPORTfAREAf,CODE,READONLYIMPORTgSTRlr,sp,#-4!ADDr1,r0,r0ADDr2,r1,r0ADDr3,r1,r2STRr3,sp,#-4!ADDr3,r1,r1BLgADDsp,sp,#4LDRpc,sp,#4END汇编及嵌入式C语言3.3.2 ATPCSATPCS规则规则ATPCSARM/ThumbProcedureCallStandard在C程序和ARM汇编程序之间相互调用必须遵守ATPCS，使用ADS的C语言编译器编译的C语言子程序满足用户指定的ATPCS类型，而对于汇编语言来说，完全要依赖用户来保证各个子程序满足选定的ATPCS类型，汇编语言子程序必须满足以下三个条件：1.在子程序编写时必须遵守相应的ATPCS规则；2.堆栈的使用要遵守相应的ATPCS规则；3.在汇编编译器中使用-apcs选项。汇编及嵌入式C语言3.3.2 ATPCSATPCS规则规则寄存器的使用规则寄存器的使用规则:1.子程序通过寄存器R0R3来传递参数.这时寄存器可以记作:A0A3,被调用的子程序在返回前无需恢复寄存器R0R3的内容.2.在子程序中,使用R4R11来保存局部变量,这时寄存器可以记作:V1V8.如果在子程序中使用到V1V8的某些寄存器,子程序进入时必须保存这些寄存器的值,在返回前必须恢复这些寄存器的值。3.寄存器R12用作子程序间的临时寄存器,记作IP，在子程序的连接代码段中常使用临时寄存器。汇编及嵌入式C语言3.3.2 ATPCSATPCS规则规则寄存器的使用规则寄存器的使用规则:4.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.寄存器SP在进入子程序时的值和退出子程序时的值必须相等.5.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,如果在子程序中保存了返回地址,则R14可用作其它的用途.6.寄存器R15是程序计数器,记作PC;它不能用作其他用途.汇编及嵌入式C语言3.3.2 ATPCSATPCS规则规则参数传递规则参数传递规则:1.参数个数可变的子程序参数传递规则对于参数个数可变的子程序,当参数不超过4个时，使用寄存器R0R3来进行参数传递,当参数超过4个时,还可以使用数据栈来传递参数.在参数传递时,将所有参数看做是存放在连续的内存单元中的字数据。然后,依次将各数据传送到寄存器R0,R1,R2,R3;如果参数多于4个,将剩余的字数据传送到数据栈中,入栈的顺序与参数顺序相反,即最后一个字数据先入栈。2.参数个数固定的子程序参数传递规则对于参数个数固定的子程序,参数传递与参数个数可变的子程序参数传递规则不同,第一个整数参数通过寄存器R0R3来传递,其他参数通过数据栈传递。汇编及嵌入式C语言3.3.2 ATPCSATPCS规则规则子程序结果返回规则：子程序结果返回规则：1.结果为一个32位的整数时,可以通过寄存器R0返回.2.结果为一个64位整数时,可以通过R0和R1返回，依此类推.3.对于位数更多的结果,需要通过调用内存来传递.汇编及嵌入式C语言3.4 ARM编译器关键词_irq:声明的函数可用作对IRQ或者FIQ异常中断的中断处理函数，可以保存被该函数破坏的寄存器，包括ATPCS标准要求的寄存器。staticvoid_irqEint1Int(void)ClearPending(BIT_EINT1);Uart_Printf(“EINT1interrutisoccurred.n”);汇编及嵌入式C语言3.4 ARM编译器关键词_swi:声明的函数最多可接收4个整型变量，并最多可利用value_in_regs返回4个结果。不返回参数：void_swi(swi_num)swi_name(intarg1,intargn);返回一个参数：int_swi(swi_num)swi_name(intarg1,intargn);返回参数多于1个时：typedefstructintres1,resn;res_type;res_type_value_in_regs_swi(swi_num)swi_name(intarg1,intargn);汇编及嵌入式C语言3.4 ARM编译器关键词register:所声明的变量在编译器处理时要尽量保存到寄存器中。volatile:所声明的变量用于告知编译器该变量可能在程序之外修改，编译器在编译时不优化对volatile变量的操作。3.5 程序设计示例 见书P64汇编及嵌入式C语言