ARM汇编语言程序设计基础.ppt

第四章ARM汇编语言程序设计基础,目录,4.1ARM汇编语言的程序结构4.2ARM汇编语言程序设计4.3C与汇编混合编程本章小结,2,4.1ARM汇编语言的程序结构,本章通过一个完整的ARM汇编例子入手，给出了ARM汇编程序的基本框架，并详细介绍了编写汇编程序常用的汇编器伪指令，具备了这些基础知识，学生就能自己动手编写汇编程序。4.1.1一个简单的ARM汇编程序例子4.1.2汇编器伪指令4.1.3汇编语言的规范,4.1.1一个简单的ARM汇编程序例子,4,一段完整的ARM汇编语言程序，由若干个段组成，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变量。,程序框架可抽象如下：AREA代码段名字,CODE,READONLYENTRYCODE32;添加用户代码AREA数据段名字,DATA,READWRITE;添加用户数据END,指令和汇编器伪指令的比较指令语句：在汇编后能产生目标代码的语句，CPU可以执行并能完成一定的功能，例如MOV，ADD等；汇编器伪指令：在汇编后不产生目标代码的语句，仅在汇编过程中告诉汇编器如何汇编。汇编器伪指令的作用包括：定义数据、分配存储区、定义段、定义宏、定义子程序等。一旦汇编结束，它们的使命就完成了。,4.1.2汇编器伪指令,在ARM的汇编程序中，有如下几种汇编器伪指令：符号定义伪指令，数据定义伪指令，段定义伪指令，模块控制伪指令，汇编控制伪指令，宏处理伪指令等。段定义相关伪指令AREA语法格式：AREA段名属性1,属性2,程序4-1中使用如下语句定义段：AREAMAIN,CODE,READONLY;定义代码段，名字为MAINAREANUM,DATA,READWRITE;定义数据段，名字为NUM,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_data|。属性字段表示该代码段（或数据段）的相关属性，例如：CODE（定义代码段），DATA（定义数据段），READONLY（只读），READWRITE（读写）。多个属性用逗号分隔。一个汇编程序至少应该有一个代码段，由具体的设计需求，也可由多个代码段和数据段组成，多个段在程序汇编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：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。,ENTRYENTRY用于指示程序的入口，其后紧跟着第一条可执行语句。CODE16/CODE32CODE16用于通知汇编器，本语句后面的指令序列为16位的Thumb指令。CODE32用于通知汇编器，本语句后面的指令序列为32位的ARM指令。ENDEND用于指示程序的结束，每一个汇编源程序都必须以END语句结束，以通知汇编器结束汇编。,2.数据定义伪指令DCB（Define？Byte）语法格式（方括号内的内容为可选项）：标号DCB表达式,表达式DCB用于在内存中分配一片连续的字节单元，并用表达式进行初始化。每个表达式可以是数字或字符串，数字的范围在0255内，也可以为算术表达式，例如：StrDCB“HelloWorld!”num_bDCB2+3,3*5字符串只能用DCB定义。,DCW（Define？Word）语法格式：标号DCW表达式,表达式DCW用于在内存中分配一片连续的半字单元，并用指定的表达式进行初始化。这些分配的内容是半字对齐的。其中表达式可以为程序标号或者数字表达式。例如：num_wDCW0 x1234，0 x5678,DCD（Define？Doubleword）语法格式：标号DCD表达式,表达式DCD用于在内存中分配一片连续的字单元，并用指定的表达式进行初始化。这些分配的内容是字对齐的。其中表达式可以为程序标号或者数字表达式。例如：num_dDCD-5，0 x90abcdef,SPACE语法格式：标号SPACE表达式SPACE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。例如：dataSPACE1024;分配1024个字节空间并初始化为0LTORGLTORG用于声明一个文字池，用来存放常量，特别是不符合8位位图数据标准的常数。其使用情景及实例见本章的4.2.1节。,3.宏处理伪指令MACRO和ENDM语法格式：宏名MACRO参数1,参数2宏体ENDMMACRO用于定义一个宏，引用宏时需使用宏名，并传递实参。ENDM用于结束宏定义。,例如：以下定义一个宏，实现参数x与参数y相加再减去参数z，结果放在参数x中，三个参数均为存储器操作数。addmMACROx,y,zLDRR2,=xLDRR1,R2LDRR3,=yLDRR4,=zADDR1,R1,R3SUBR1,R1,R4STRR1,R2ENDM,4.1.3汇编语言的规范,语句的格式ARM（Thumb）汇编语言的语句格式为：标号指令或伪指令;注释语句书写时需遵循以下规则：所有标号必须在一行的顶格书写，其后不要添加“:”号；所有的指令均不能顶格写；如果同一行有两条汇编语句，需要在它们之间以“;”隔开；如果一条语句要分多行显示，需要使用“”放在分隔处；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。注释使用分号“;”，不要在语句中间添加注释。,标号在汇编语言程序设计中，可以使用各种标号表示指令或数据的地址，以增加程序的可读性。例如程序4-1中的：loop1LDRR3,R0,#4BNEloop1;如果R1不为零，则转向loop1处以下为标号命名规则：标号不应与指令或伪指令同名标号在其作用范围内必须唯一。标号区分大小写，同名的大、小写标号被视为两个不同的标号。自定义的不能与系统保留字相同。,常量和变量程序中的常量是指其值在程序的运行过程中不能被改变的量，变量是指其值在程序的运行过程中可以改变的量。ARM汇编程序支持逻辑量、数字和字符串。数字一般为32位的整数，无符号数取值范围为0232-1，带符号数取值范围为-231231-1。逻辑量只有两种取值：真或假。字符串用于在程序的运行中保存一个字符串，其长度不应超出字符串变量所能表示的范围。,4.2ARM汇编语言程序设计,程序设计的三种基本结构是顺序结构、分支结构和循环结构，以解决不同的问题。在ARM汇编语言中采用跳转语句来实现分支与循环结构。在进行程序设计时，首先分析该程序的流程，绘制流程图，再根据流程图编写代码。4.2.1顺序程序4.2.2分支程序4.2.3循环程序4.2.4子程序4.2.5基于查表法的程序设计,4.2.1顺序程序,顺序程序是一种最简单的程序结构，它按照语句编写的顺序从上往下执行，直到最后退出程序。例4-2：计算100-50，结果存放到R1寄存器中。,在ADS中建立工程，编写以上程序，并进行汇编链接，使用AXD进行调试。程序调试结果：寄存器R1的内容为0 x32，即为十进制的50，程序运行结果正确。,缺省文字池ARM规定：可由一个8位的常数经过循环右移偶数位（0，2，4，30）得到的数据，称为8位位图数据。只有8位位图数据可以直接采用立即数寻址方式来获取，其余的数据只能使用文字池的方式，通过存储器访问指令来加载，下面我们改变数据的大小，使得所访问立即数数不再是8位位图数据。例4-3：计算0 x123456-0 x123，结果存放到R0寄存器中。,程序如下：汇编提示错误信息为：,文字池是一片用于存放常量的地方，LDR指令寻址文字池，可以访问任意的32位数据。在汇编过程中，汇编器会默认的在每个段的末尾开辟一个文字池，下面我们采用缺省文字池的方式来重写例4-3：例4-3-1：采用缺省文字池的方式实现例4-3。,调试信息：地址0 x8000存放代码段中的第一条可执行语句LDRR1,=0 x123456，地址0 x8018存放代码段在的最后一条可执行语句SWI0X123456，代码段的地址范围在0 x80000 x801b之间。实线框住的部分表示汇编器自动生成的文字池。该文字池就在紧跟着代码段的位置，存放着三个LDR访问的数据：0 x123456，0 x123，0 x20026。,自定义文字池文字池的使用限制是：LDR指令的寻址范围是前后4KB，不能使文字池与访问它的LDR指令之间的距离超过这个范围。如果用户程序比较大，则可能使整个程序段超过4KB的范围，这样汇编器在程序段的末尾开辟的缺省文字池与访问它的LDR指令之间的距离就有可能超出范围，LDR指令就不能正确加载数据了。在缺省文字池的例子程序中添加伪代码SPACE4096，开辟4096个字节的空间（4096B=4KB），则代码段大小超过4KB。,以上代码汇编提示错误信息如图4-7所示，汇编器提示：缺省文字池距离访问它的LDR太远，建议使用LTORG伪指令来创建自定义文字池。在例4-3-2中，使用LTORG伪指令在程序中创建自定义文字池。,例4-3-2：采用自定义文字池的方式实现例4-3。,采用LTORG伪指令自定义文字池，该程序汇编链接成功。一般LTORG伪指令放在跳转指令B之后，使得在数据段中开辟的文字池中存放的数据不被当做指令执行。虚线框住的部分为自定义文字池，实线框住的部分为缺省文字池。,4.2.2分支程序,ARM汇编分支程序采用转移指令B或条件转移指令BX来实现。例4-4：给定符号函数：，假定x是-5。,4.2.3循环程序,计数控制循环已知循环次数，可以用计数器控制循环的次数来进行程序的设计。例4-5：计算1+2+3+100的结果，并存放到sum单元。,条件控制循环有些情况无法确定循环的次数，这时只能通过循环结束的条件来判断是否结束循环。例4-6：计算1+2+3+n，当计算结果大于10000时停止循环，在数据段中定义sum和n两个变量，并将加法和存放到sum单元，将最后一个加数存放到n单元。,4.2.4子程序,在ARM汇编中，通过BL指令可以实现子程序的调用，在跳转时LR寄存器自动保存紧跟着BL指令的下一条指令的地址。在子程序的结束处，可以通过MOVPC，LR返回主程序中。子程序的定义一般放在程序结束返回编译器调试环境的语句之后，END之前，这样使得子程序的定义代码参与编译，但不会在定义的位置执行。只有调用该子程序才会执行。,主程序在调用子程序时，往往需要向子程序传递一些参数，同样，子程序在运行完毕后也可能要把结果传回给调用程序。寄存器传递参数存储区域传递参数堆栈传递参数,例4-7：用子程序实现内存块拷贝，将字符串从源位置拷到目的位置。分析：源串为“IamanARMprogram!”，目的串区域初始化为“0”，将源串内容依次取出，放入相应的寄存器，再写入目的串的对应位置。要判断串的结束点，C语言中自动在串尾位置添加一个“0”，其ASCII码即为00H，但汇编语言不能默认添加一个结束字符，这里，我们仿照C语言，在串结束位置添加00H。,例4-8：将以src开始的数字串中的前n个数字相加，其和存入dst起始的单元中。,4.2.5基于查表法的程序设计,查表法是ARM汇编中的一种常见的编程技巧，当程序中涉及较多的数据，子程序等，可以通过地址对它们进行访问。通常有以下几种方法来装载地址：（1）通过ADR或ADRL伪指令来装载地址，ADR适用于小范围的地址读取，ADRL适合中等范围的地址读取；例如：ADRR0,table（2）通过LDR伪指令来装载地址，LDR适用于大范围的地址读取。例如完成上述功能也可写做：LDRR0,=table,例子4-9：用查表法查平方表，在数据段中定义n，在s_tab中查n的平方值，存入result单元。,例4-10：用查表法实现程序，在数据段中定义变量m和x，y，result，其中由m的值分别选择不同的计算公式来计算result，,4.3C与汇编混合编程,C语言与汇编语言分别有各自的优缺点。采用C语言进行算法设计和程序编写时，是面向过程的，整个流程清晰，实现起来较容易，且提供很多接口函数。C语言的由于编译时生成的可执行文件大，因此实时性难以控制，也不能对硬件进行直接的操作。采用汇编语言进行程序设计时，比C语言的流程更不容易理解和设计，但汇编语言汇编生成的可执行文件小，执行速度快，实时性高，且能对内存，外设端口进行直接的读写操作。如果将二者结合起来进行开发，能简化编程难度，保证实时性，并能对硬件进行访问。4.3.1C语言内嵌汇编代码4.3.2C与汇编文件变量互访4.3.3ARM过程调用标准APCS4.3.4C程序调用汇编子程序4.3.5汇编程序调用C函数,4.3.1C语言内嵌汇编代码,ADS支持C语言内嵌汇编，其编译器armcc，armcpp，armasm能相互调用，实现此类程序的编译。在ADS中，支持下列语法的C内嵌汇编语句：_asm/asm前面使用的是双下划线汇编语句1;汇编语句2汇编语句3,C内嵌汇编能实现某些C语言不便实现的功能，支持ARM和Thumb指令，但不能直接引用C中定义的变量，并且在数据交换的时候必须遵守ATPCS（ARM-ThumbProcedureCallStandard）规定。通常应注意以下几点：不能直接向PC赋值，要实现跳转，仅能使用跳转类指令中的B和BL；在内嵌汇编中，一般不要直接指定物理寄存器，而要让编译器自动分配；如果一定要使用物理寄存器，要注意以下原则：R12与R13常用于存放中间编译结果，不能使用；R0R3在过程调用中用于传递参数，不能使用；R14用于过程调用的返回，也不能使用；内嵌汇编语句可以通过指针方式访问C中的变量；但内嵌汇编中定义的变量不能在C中被访问。,例4-11：用C内嵌汇编实现程序，定义一个由数字0-9、标点符号和小写字母组成的串src，完成将src中各字符都拷贝到目的字符串dst，并且将dst中的小写字母都变成大写字母，其余符号不变。,4.3.2C与汇编文件变量互访,当一个工程中既有汇编文件又有C文件时，两个文件有时需要进行变量互访。在汇编文件中访问C文件中的变量，可以通过LDR伪指令读取该C变量的地址，并通过地址来访问该变量。如果这个变量在C文件中被声明为全局变量，则它是可以被其它文件访问的，否则不行。在汇编文件中访问C文件中的变量在C文件中访问汇编文件中的变量,汇编文件访问C文件中的变量其具体方法：（1）在C文件中定义全局变量var；（2）在汇编程序中用IMPORT引入变量var；（3）使用伪指令LDR获取变量var变量的地址；（4）使用指令LDR获取变量var的值。,在C文件中访问汇编文件中的变量：（1）在汇编文件中，用伪指令“GLOBAL”定义全局变量，变量名必须是以下划线“_”为起始的字母字符串；（2）C文件中用extern引入该变量；（3）在C文件中用变量名访问该变量。,例4-12：在C文件中定义变量c_var，初始值为1，在汇编文件中改变它，输出改变前后c_var的值；在汇编文件中定义变量_asm_var，初始值为2，在C文件中改变它，输出改变前后_asm_var的值。;var.s文件的内容,4.3.3ARM过程调用标准APCS,ARM过程调用标准ATPCS（ARM-ThumbProcedureCallStandard）提供了一种C程序与汇编程序互访的规范，规定了两者间子程序调用的基本规则，包括：子程序调用过程中寄存器的使用规则、堆栈使用规则以及参数传递规则。有了这些规则，单独编译的C语言程序可以和汇编程序之间能实现链接和相互调用。参数传递规则当参数个数不超过4个时，使用寄存器R0R3来传递参数；当参数超过4个时，将剩余的参数使用堆栈传递。在传递参数时，将所有参数看作是存放在连续的内存字单元的字数据。入栈的顺序与参数传递的顺序相反，即最后一个字数据先入栈。子程序结果返回规则结果为一个32位整数时，通过R0返回；结果为一个64位整数时，通过R0和R1返回；对于位数更多的结果，需要通过内存来传递。,寄存器的使用规则,4.3.4C程序调用汇编子程序,C语言调用汇编程序子程序，需要以下步骤：（1）在汇编文件中，用该子程序名作为汇编代码段的段名，在汇编程序中用伪指令EXPORT导出子程序名，并在代码段结尾处使用MOVPC，LR返回；（2）在C文件中用关键字extern声明该汇编子程序的函数原型，并将定义好形参，则C程序就能调用该函数；（3）如果在函数调用时需传递参数，参数1,2,3,4默认使用寄存器R0R3传递，如果参数个数多于4个，则使用堆栈传递；（4）如果函数有返回值，则默认用R0返回。,例4-13：在汇编文件中定义子程序add3，能实现三个数的相加并返回和值，在C文件中调用函数add3，实现三个数的相加并输出结果。,4.3.5汇编程序调用C函数,C语言调用汇编程序子程序，需要以下步骤：（1）在汇编文件中，用伪指令IMPORT将要调用的C函数引用；（2）如果在函数调用时需传递参数，参数1,2,3,4默认使用寄存器R0R3传递，如果参数个数多于4个，则使用堆栈传递；（3）如果函数有返回值，则默认用R0返回。,例4-14：在C文件中定义函数sum，实现三个数的相加并返回和。在汇编文件中调用sum子程序。,本章小结,本章通过一个完整的ARM汇编例子入手，给出了ARM汇编程序的基本框架，并详细介绍了编写汇编程序常用的汇编器伪指令，具备了这些基础知识，学生就能自己动手编写汇编程序。4.2节详细的介绍了顺序程序、分支程序、循环程序和子程序的编写。在顺序程序中，通过对例子的修改，引出8位位图数的概念，并给出缺省文字池和自定义文字池的使用方法。在循环程序中，分别给出计数控制循环和条件控制循环的例子，在子程序中分别讨论了通过寄存器，存储器和堆栈传递参数的方法。在本节最后给出基于查表法的程序设计方法。,4.3节讨论了C与ARM汇编混合编程问题，其中包括C语言内嵌汇编代码、C与汇编文件变量互访。C与汇编之间进行函数（子程序）相互调用时，需要遵循ARM过程调用标准APCS，介绍了APCS标准后，分别通过两小节讲述了C程序调用汇编子程序和汇编程序调用C函数的方法。在学习本章时，读者可以使用ADS调试书中的例子程序，并参照附录中给出的ADS使用方法，查看程序的运行结果。动手实践能取得更好的学习效果。,习题1、请写出带有一个代码段和一个数据段的ARM汇编程序框架。2、画图说明下列数据定义伪指令所分配的存储空间及初始化的数值。(1)BYTE_VARDCB“ABCD”,-5,0 x78,9*10(2)WORD_VARDCW-5,0 x12,0 x5678(3)DWORD_VARDCD-5,0 x12,0 x567890ab3、在ADS中编写一段汇编程序，添加题2中的数据定义伪指令，验证题2是否正确完成，并查看BYTE_VAR，WORD_VAR和DWORD_VAR是否连续分配空间，如果没有，请问为什么会出现这种情况呢？4、语句MOVR1,#0 x123456能通过编译吗？如果不行，请进行修改，使之能通过编译。,5.什么是8位位图数？什么情况下可以使用缺省文字池？什么情况下需要自定义文字池？6.编写程序，给定符号函数：,，定义数据段，存放变量x和y，假定x是-9，函数值计算出来存放到y单元。7、编写程序，定义字变量buf，存放10个带符号数，比较10个数的大小，将最小数存放到min单元，最大数存放到max单元。8、编写程序，定义立方表tab，存放010的立方值，定义变量x，y，假定x=6，查tab表得出x，存放到y单元。9、在C程序中内嵌ARM汇编，实现1+2+100，并在C程序中将结果输出到屏幕上。10、在汇编中实现子程序max：两个数比较大小，返回大数，并在C程序中调用。11、在C程序中实现函数max，两个数比较大小，返回大数，并在汇编程序中调用。,THEEND,