基于ARM的嵌入式程序设计嵌入式培训第八次课课件

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1、ARM 开发板使用手册三星 44B0XARM7TDMI,第五章基于ARM的嵌入式程序设计,5.1 ARM汇编语言的伪操作、宏指令与伪指令 5.2 ARM汇编语言程序设计 5.3 嵌入式C语言程序设计基础 5.4 嵌入式C语言程序设计实例 5.5 嵌入式C语言程序设计技巧 5.6 C与汇编语言混合编程,5.1 ARM汇编语言的伪操作、宏指令与伪指令,5.1.1 两种常见的ARM编译开发环境 5.1.2 ADS编译环境下的伪操作和宏指令 5.1.3 GNU编译环境下的伪操作和宏指令 5.1.4 ARM汇编语言的伪指令,5.1.1两种常见的ARM编译开发环境,ADS/SDT IDE开发环境：它由AR

2、M公司开发，使用了CodeWarrior公司的编译器； 集成了GNU开发工具的IDE开发环境：它由GNU的汇编器as、交叉编译器gcc、和链接器ld等组成。,5.1.2ADS编译环境下的伪操作和宏指令,ADS编译环境下的伪操作可分为以下几类： 符号定义（Symbol Definition）伪操作 数据定义（Data Definition）伪操作 汇编控制（Assembly Control）伪操作 信息报告（Reporting）伪操作 其他（Miscellaneous）伪操作,符号定义伪操作,数据定义伪操作,汇编控制伪操作,信息报告伪操作,5.1.3 GNU编译环境下的伪操作和宏指令,GNU编译

3、环境下的伪操作可分为以下几类： 常量编译控制伪操作 汇编程序代码控制伪操作 宏及条件编译控制伪操作 其他伪操作,常量编译控制伪操作 :,汇编程序代码控制伪操作,宏及条件编译控制伪操作,其他伪操作,5.1.4ARM汇编语言的伪指令,5.2 ARM汇编语言程序设计,5.2.1 ARM汇编中的文件格式 5.2.2 ARM汇编语言语句格式 5.2.3 ARM汇编语言编程的重点 5.2.4 ARM汇编程序实例,5.2.1ARM汇编中的文件格式,ARM源程序文件（可简称为源文件）可以由任意一种文本编辑器来编写程序代码，它一般为文本格式。在ARM程序设计中，常用的源文件可简单分为以下几种:,5.2.2 AR

4、M汇编语言语句格式,ARM汇编语言语句格式如下所示： symbol instruction | directive | pseudo-instruction ；comment 其中： instruction为指令。 directive为伪操作。 pseudo-instruction为伪指令。 symbol为符号。 comment为语句的注释。,ARM汇编语言程序格式,ARM汇编语言是以段（section）为单位来组织源文件的。段是相对独立的、具有特定名称的、不可分割的指令或者数据序列。段又可以分为代码段和数据段，代码段存放执行代码，数据段存放代码运行时需要用到的数据。一个ARM源程序至少需要一

5、个代码段，大的程序可以包含多个代码段和数据段。,举例说明ARM汇编语言源程序的基本结构,AREA EXAMPLE，CODE，READONLY ENTRY start MOV r0，#10 MOV r1，#3 ADD r0，r0，r1 END 本程序的程序体部分实现了一个简单的加法运算。,5.2.3ARM汇编语言编程的重点,ARM数据处理操作 设置条件码 汇编语言子程序调用及返回 跳转表思想 ARM与Thumb之间的状态转换及函数的相调用,ARM数据处理操作,ARM中数据的处理有以下三种形式： 简单的寄存器操作 立即数操作 寄存器移位操作,其中32位立即数在32位指令中的编码以及ARM特有的寄存

6、器移位操作是数据处理方面的难点。,设置条件码,ARM的任何数据处理指令都能通过增加“S”操作码来设置条件码（N，Z，C和V）。,条件执行 ARM指令集不同寻常的特征是每条指令（除了某些v5T指令）都可以是条件执行的。 条件转移 在程序中可以通过条件码的使用让微处理器决定是否进行转移，还可用来控制循环的退出。,汇编语言子程序调用及返回,子程序的调用 在ARM汇编语言中，子程序调用是通过BL指令来完成的。BL指令的语法格式如下： BL subname 其中，subname是被调用的子程序的名称。 子程序的返回 在返回调用子程序时，转移链接指令保存到LR寄存器（r14）中的值需要拷贝回程序寄存器PC

7、（r15）。,跳转表思想,在程序设计中，有时为使程序完成一定的功能，需要调用一系列子程序中的一个，而决定究竟调用哪一个由程序的计算值确定。跳转表是解决该问题的有效方案。跳转表是利用程序计数器PC在通用寄存器文件中的可见性来实现的，如下例所示：,ARM与Thumb间的状态转换及函数的相调用,状态切换的实现 ARM/Thumb之间的状态切换是通过一条专用的转移交换指令BX来实现的。BX利用Rn寄存器中目的地址值的最后一位来判断跳转后的状态。当最后一位为0时，表示转移到ARM状态；当最后一位为1时，表示转移到Thumb状态，如下图所示。,ARM与Thumb间的状态转换及函数的相调用,ARM/Thum

8、b之间的函数调用 在同一状态下的子程序调用，通常只需要一条指令实现调用： BL function 实现返回也只需要从LR恢复PC即可： MOV PC，LR 在不同状态下的子程序调用中，就需要进行状态之间的切换，需要考虑到以下几点：,需要由BX来切换状态，因为BL不能完成状态切换。 需要在BX之前先保存好LR，BX不能自动保存返回地址到LR。 需要 用“BX LR”来返回，不能使用“MOV PC，LR”，返回时要仔细考虑保存在LR中最低位的内容是否正确。,5.2.4 ARM汇编程序实例,简单的ARM指令程序 数据块复制 利用跳转表实现程序跳转 ADS编译环境下的汇编代码与GNU编译环境下有较多不

9、同点，主要是符号及伪操作的不同。,5.3 嵌入式C语言程序设计基础,5.3.1 C语言“预处理伪指令”在嵌入式程序 设计中的应用 5.3.2 嵌入式程序设计中的函数及函数库 5.3.3 嵌入式程序设计中常用的C语言语句 5.3.4 嵌入式程序设计中C语言的变量、数 组、结构、联合,5.3.1 C语言“预处理伪指令”在嵌入式程序设计中的应用,“预处理命令”可以改进程序设计的环境，提高编程效率，一般以#号打头 ，可分为以下三种 ：,文件包含 宏定义 条件编译,文件包含,文件包含伪指令可将头文件包含到程序中，头文件中定义的内容包括符号常量、复合变量原型、用户定义的变量类型原型和函数的原型说明等。编译

10、器编译预处理时用文件包含的正文内容替换到实际程序中。 文件包含伪指令的格式 #include ；标准头文件 #include“头文件名.h” ；自定义头文件 #include 宏标识符,宏定义,宏定义伪指令分为：简单宏、参数宏、条件宏、预定义宏及宏释放。,简单宏： # define宏标识符 宏体 参数宏：# define宏标识符（形式参数表） 宏体 条件宏定义： #ifdef宏标识符#ifndef 宏标识符 #undef宏标识符#define宏标识符 宏体 #define宏标识符 宏体#else #else#undef宏标识符 #define宏标识符 宏体#define宏标识符 宏体 #end

11、if#endif,条件编译,条件编译伪指令是写给编译器的，指示编译器在满足某一条件时仅编译源文件中与之相应的部分。其格式如右框中所示：,#if（条件表达式1） #elif（条件表达式2） #elif（条件表达式n） #else #endif,5.3.2嵌入式程序设计中的函数及函数库,函数是C语言程序设计的核心。一个较大的C语言程序一般是由一个主函数和若干个子函数组成，每个函数完成一个特定的功能。函数之间也可以相互调用。 函数的格式:,定义性说明格式 ： 存储类说明符 类型说明符 修饰符 标识符 （参数表） 函数体 原型说明格式 ： extern 类型说明符修饰符 标识符（参数表）函数体,嵌入式

12、程序设计中的函数及函数库,函数库是为了减少编程工作量，将一些常用的功能的函数放在函数库中供公共使用. 它包括C的标准库函数，也包括一些用户自己编写非标准库。 例如， 44blib.h 是根据基于S3C44B0X处理器的开发板及其功能模块编写的一个C语言函数库。它不属于C语言的标准库。,5.3.3嵌入式程序设计中常用的C语言语句,C语言语句格式为： 标号： 语句； C语言语句很多，常用到的有以下几种： 条件语句 swith语句 循环语句,5.3.4 嵌入式程序设计中C语言的变量、数组、结构、联合,变量 存储类型 类型说明符 修饰符 标识符 初值 ，标识符初值； 数组 一维数组： 类型说明符 标识

13、符 常量表达式初值，初值，； char 标识符 =“字符串”； 二维数组： 类型说明符 标识符mn 初值表,初值表； 指针数组和数组指针 类型说明符 *标志符 常量表达式 =地址，地址，； 类型说明符 （*标志符） =数组标识符；,结构说明 存储类说明符 struct 结构原型名 类型说明标识符，标识符； 类型说明标识符，标识符； 标识符=初值表 ，标识符=初值表；,联合说明 存储类说明符 union联合原型名 类型说明符 标识符，标识符； 类型说明符 标识符，标识符； 标识符 =初值表，标识符初值表；,5.4 嵌入式C语言程序设计实例,5.4.1 嵌入式C语言程序编写的简单构架 5.4.2

14、Flash测试代码介绍,程序源代码介绍,整个测试程序主文件main.c的代码构成图如下图所示，由BootLoader启动程序进入C语言主函数main()入口。,5.4.2嵌入式C语言程序编写的简单构架,#include预编译指令 个C语言代码，一般要用#include编译指令将所需要的头文件加到该程序中，这是很有必要的，尤其是对编写较大的程序代码时。随后是定义一些外部变量，并对程序中的函数进行声明。 主函数main（）的编写； 在每一个C语言代码中，一定要有一个main（）函数，在该函数中完成该程序文件所要完成的各个功能，一般是通过调用各个子函数来完成。当然，它也可以调用其他文件中的函数。 完

15、成相应功能的各个功能函数的编写。 各个函数之间可以相互调用。,5.4.3 Flash测试代码介绍,下面给出功能测试程序中Flash测试程序的代码结构图：,5.5 嵌入式C语言程序设计技巧,5.5.1 变量定义 5.5.2 参数传递 5.5.3 循环条件,5.5.1变量定义,在变量声明的时候，最好把所有相同类型的变量放在一起定义，这样可以优化存储器布局。由下例可以看出： 对于局部变量类型的定义，使用short或char来定义变量并不是总能节省存储空间。有时使用32位int或unsinged int局部变量更有效率一些，如下图所示： 变量定义中，为了精简程序，程序员总是竭力避免使用冗余变量。但有时

16、使用冗余变量可以减少存储器访问的次数这可以提高系统性能。,5.5.2参数传递,为了使单独编译的C语言程序和汇编程序能够互相调用，定义了统一的函数过程调用标准ATPCS。ATPCS定义了寄存器组中的R0R3作为参数传递和结果返回寄存器，如果参数数目超过四个，则使用堆栈进行传递。 内部寄存器的访问速度是远远大于存储器的，所以要尽量使参数传递在寄存器里面进行，即应尽量把函数的参数控制在四个以下。,5.6 C与汇编语言混合编程,5.6.1 ATPCS介绍 5.6.2 内嵌汇编 5.6.3 C和ARM汇编程序间相互调用,5.6.1ATPCS介绍,ATPCS（ARM-Thumb Produce Call Standard）是ARM程序和Thumb程序中子程序调用的基本规则，目的是为了使单独编译的C语言程序和汇编程序之间能够相互调用。这些基本规则包括子程序调用过程中寄存器的使用规则、数据栈的使用规则和参数的传递规则。,寄存器的使用规则:,数据栈的使用规则,根据堆栈指针指向位置的不同 和增长方向的不同可以分为以下4种数据栈 ： FD