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1、第四章 ARM汇编语言程序设计基础,目 录,4.1 ARM汇编语言的程序结构 4.2 ARM汇编语言程序设计 4.3 C与汇编混合编程 本章小结,2,4.1 ARM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
2、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:
3、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:AREA MAIN, CODE, READONLY ;定义代码段,名字为MAINAREA NUM, 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
4、(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
5、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:Str DCB “Hello World!” num_b DCB 2+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
6、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_w DCW 0x1234,0x5678,DCD(Define ? Double word)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_d DCD -5,0x90abcdef,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:data SP
7、ACE 1024 ;分配1024个字节空间并初始化为0LTORG LTORG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ENDM MACRO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。addm MACRO x, y, zLDR R2, =x LDR R1, R2LDR R3, =yLDR R4, =zADD R1
8、, R1, R3SUB R1, R1, R4STR R1, 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
9、的可读性。例如程序4-1中的:loop1 LDR R3, R0, #4 BNE loop1 ;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
10、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。,4.2 ARM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
11、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0x32,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0x123456-0x123,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
12、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0x8000存放代码段中的第一条可执行语句LDR R1, =0x123456,地址0x8018存放代码段在的最后一条可执行语句SWI 0X123456,代码段的地址范围在0x80000x801b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:0x123456,0x123,0x20026。,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
13、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SPACE 4096,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
14、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
15、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MOV PC,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
16、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“I am an ARM program!”,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:ADR R0, 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:LDR R0, =table,