ARM汇编语言程序设计基础..doc

1、第 9 章 ARM 汇编语言程序设计基础ADS IDE（集成开发环境) ARM 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 ADS 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

2、开发工具。ARM ADS 包含有编译器、链接器、CodeWarrior IDE、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 1. 编译器 ADS 提供多种编译器，以支持 ARM 和 Thumb 指令的编译。 2. 链接器 Armlink（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 3. CodeWarrior IDE CodeWarrio

3、r IDE（集成开发环境）包括工程管理器、代码生成接口、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。 CodeWarrior IDE 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 CodeWarrior IDE 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 （1）调试器类型 ADS 中包含有 3 个调试器，分别是 ARM 扩展调试器 AXD（ARM eXtended Debugger. （2）调试方式 在 ARM 体系中，可以选

4、择 Multi-ICE（Multi-processor in-circuit emulator）ARMulator 或 Angel 多种调试方式。ADS 工具包的组成 5. ARM 开发包和函数库 ARM 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。 ADS 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 1命令行开发工具 (1)armcc armcc 是 ARM C 编译器。在命令控制台环境下，输入命令：C: armcc help 可以查看 armcc 的语法格式以及最常用的一些操作选项。

5、（2）armcpp armcpp 是 ARM C+ 编译器。它将 ISO C+ 或 EC+ 编译成 32 位 ARM 指令代码。 (3) tcc tcc 是 Thumb C 编译器。该编译器通过了 Plum Hall C Validation Suite 为 ANSI 一致性的测试。tcc 将 ANSI C 源代码编译成 16 位的 Thumb 指令代码。ADS 开发工具集(4) tcpp tcpp 是 Thumb C+ 编译器。 它将 ISO C+ 和 EC+ 源码编译成 16 位 Thumb 指令代码。 (5) armsm armsm 是 ARM 和 Thumb 的汇编器 . 它对用 AR

6、M 汇编语言和 Thumb 汇编语言写的源代码进行汇编。 (6) armlink armlink 是 ARM 连接器。 (7) armsd armsd 是 ARM 和 Thumb 的符号调试器。ADS 开发工具集 2GUI 开发环境 ADS GUI 开发环境主要包含 Code Warrior 和 AXD，其中 Code Warrior 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。 （1）Code Warrior Code Warrior for ARM 是一套完整的集成开发工具，充分发挥了 ARM RISC 指令系统的优势, 使产品开发人员能够很

7、好的应用尖端的片上系统技术 . 该工具是专为基于 ARM RISC 的处理器而设计的 。 ADS 开发工具集 （2）AXD AXD 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 Angel 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 3、 实用程序 ADS 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

8、使用。 fromELF 是 ARM 映像文件转换工具。 armar 是 ARM 库函数生成器。 Flash downloader 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 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

9、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 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 DATA 。 2 数据变量定义伪指令(Cont.) 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

10、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） ； GBLS 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.) （2）LCLA、LCLL 和 LCLS 语法格式： LCLA （ LCLL 或 LCLS ） 局部变量名 LCLA 、 LCLL 和 LCLS 伪指令用于定义一个 ARM 程序中

11、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.) （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

12、变量定义伪指令(Cont.) （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： （1）DCB 语法格式： 标号 DCB 表达式 (2) DCW（或 DCWU） 语法格式： 标号 DCW （或 DCWU ） 表达式 3 内存分配

13、伪指令(Cont.) （3）DCD（或 DCDU） 语法格式： 标号 DCD （或 DCDU ） 表达式 （4）DCFD（或 DCFDU） 语法格式： 标号 DCFD （或 DCFDU ） 表达式 （5）DCFS（或 DCFSU） 语法格式： 标号 DCFS （或 DCFSU ） 表达式3 内存分配伪指令(Cont.) (6）DCQ( 或 DCQU）语法格式： 标号 DCQ （或 DCQU ） 表达式 （7) SPACE 语法格式： 标号 SPACE 表达式 （8）MAP 语法格式： MAP 表达式 ，基址寄存器 （9）FILED 语法格式：标号 FIELD 表达式4 汇编控制伪指令 汇编控制

14、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 语法格式： IF 逻辑表达式 指令序列 1 ELSE 指令序列 2 ENDIF 4 汇编控制伪指令(Cont.) （2） WHILE、WEND 语法格式： WHILE 逻辑表达式指令序列WEND （3） MEXIT 语法格式： MEXIT MEXIT 用于从宏定义中跳转出去。4 汇编控制伪指令(Cont.) （4） MACRO、MEND 语法格式： MACRO $ 标号 宏名 $ 参数 1 ， $ 参数 2 ， 指令序列 MEND MACRO、MEND 伪指令可以将一段代码定义为一个整体，

15、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 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、ALIGN 、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(Cont.) （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，

16、多个属性用逗号分隔。5 其他常用的伪指令(Cont.) （2） ALIGN 语法格式： ALIGN 表达式 , 偏移量 （3） CODE16、CODE32 语法格式： CODE16 （或 CODE32 ） （4） ENTRY语法格式： ENTRY 5 其他常用的伪指令(Cont.) （5） END 语法格式： END （6） EXPORT（或 GLOBAL）语法格式： EXPORT 标号 WEAK (7） IMPORT语法格式： IMPORT 标号 WEAK 5 其他常用的伪指令(Cont.) （8） EXTERN 语法格式： EXTERN 标号 WEAK （9） GET（或 INCLUDE）

17、语法格式： GET 文件名 （10） INCBIN 语法格式：INCBIN 文件名 （11） RN 语法格式： 名称 RN 表达式 ARM 的汇编语言结构 在 ARM（Thumb）汇编语言程序中，以相对独立的指令或数据序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： 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

18、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 1. 基本语句格式 ARM（Thumb）汇编语言的语句格式为： 标号 指令或伪指令 ；注释 规则: 如果一条语句太长，可将其分为若干行来书写，在行的末用续行符“” 来标识下一行与本行为同一条语句。 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.) 2. 汇编语言程序中常用的符号 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： 符号名不应与指令或伪指令同名 符号在其作用范围内必须唯一。 符号区

19、分大小写，同名的大、小写符号被视为两个不同的符号。 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.) 3. 程序中的常量 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。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。 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。 逻辑常量只有两种取值：真或假。 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.) 4. 汇编语言程序中的变量 程序中的变量是指其值在程序的运行过程中可以改变

20、的量。 逻辑变量用于在程序的运行中保存逻辑值（真/假） 。 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。 字符串变量用于在程序的运行中保存一个字符串，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.) 5. 程序中的变量代换 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 ADS 环境下的 ARM 汇编语言程序结构与其它环境下的汇编

21、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： 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； 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） ； 注释使用分号“;” 。基于 Linux 下 GCC 的汇编语言程序结构 Linux 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 ： 所有标号必须在一行的顶格书写，并且其后必须添加“:”号； 所有的指令

22、均不能顶格写； 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） ； 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 无论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 ADS 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

23、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 在 ADS 环境下利用 JTAG 硬件仿真器可以实现联机调试，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.) ARM 仿真器是通过内部硬件实现 PC

24、并口协议到串行 JTAG（Jiont Test Action Gruop）协议的转换。利用高速 JTAG 串行扫描链，通过调试通信通道（Debug Communications Channel,DCC）连接 ARM 核心内嵌的名为“Embedded-ICE”的调试逻辑，调试逻辑实时监测 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.) 1. Multi-ICE server 软件的安装ADS 硬件仿真器环境下的程序调试(Cont.) 2运行 Multi-ICE server 保证硬件正确连接后，即可运行 Multi-ICE server，默认情况下，s

25、erver 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。 如果正确连接到一个 ARM 内 核的嵌入式目标板，将显示 图。 ADS 硬件仿真器环境下的程序调试(Cont.) 3 配置 ADS 以支持 JTAG 仿真器 启动 ADS 的调试器 AXD 后，从菜单“Option”中选择“Configure Target”，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。ADS Wiggler 调试电缆环境下的程序调试 Wiggler 调试电缆实际上可以

26、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。ADS Wiggler 调试电缆环境下的程序调试(Cont.) 1. Wiggler JTAG 调试电缆的驱动安装 要使用 Wiggler JTAG 调试电缆来调试 ARM 处理器，除了 ADS1.2 集成开发环境外，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： 支持 ARM7/ARM9，支持自动检测和手动指定内核； 使用 RDI 接口，支持 SDT2.51、ADS1.2 、REALVIEW 和 IAR 集成开发环境； 支持 2

27、 个硬件断点或数量不限的软件断点； 支持 ARM/Thumb 模式； 支持 Little Endian 这里的参数传递是利用寄存器 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 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 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

28、几个方面： 不能直接向 PC 寄存器赋值，程序跳转要使用 B 或者 BL 指令； 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； R12 和 R13 可能被编译器用来存放中间编译结果； 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 C 程序变量 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： 使用 IMPORT 伪指令声明该全局变量。 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。 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

29、改该全局变量的值。从汇编程序中访问 C 程序变量 (Cont.) 各数据类型及其对应的 LDR/STR 指令如下： 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 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 LDRH 来读取。 对于有符号的 short 类型的变量通过指令 LDRH 来写入。 对于小于 8

30、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。 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 C 程序变量 (Cont.) 下面是一个在汇编程序中访问 C 程序全局变量的例子。 AREA global_exp, CODE, READONLY EXPORT asmsub IMPORT globv ；声明全局变量 asmsub LDR r1, = globv ；将内存地址读入到 R1 中 LDR r0, r1 ；将数据读入到 R0 中 ADD r0, r0, #2 STR r0, r1 ；修改 后再将值赋予变量 MOV pc, lr END从汇编程序中访问 C 程序变量 (Cont.) 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。