ARM程序設計基礎
RSB{條件}{S} 目的寄存器,操作數1,操作數2
RSB指令稱為逆向減法指令,用于把操作數2減去操作數1,并將結果存放到目的寄存器中。
RSC{條件}{S} 目的寄存器,操作數1,操作數2
RSC指令用于把操作數2減去操作數1,再減去CPSR中的C條件標志位的反碼,并將結果存放到目的寄存器中。
AND{條件}{S} 目的寄存器,操作數1,操作數2
OR{條件}{S} 目的寄存器,操作數1,操作數2
EOR{條件}{S} 目的寄存器,操作數1,操作數2
EOR指令用于在兩個操作數上進行邏輯異或運算,并把結果放置到目的寄存器中。
BIC{條件}{S} 目的寄存器,操作數1,操作數2
BIC指令用于清除操作數1的某些位,并把結果放置到目的寄存器中。
nMUL 32位乘法指令
nMLA 32位乘加指令
nSMULL 64位有符號數乘法指令
nSMLAL 64位有符號數乘加指令
nUMULL 64位無符號數乘法指令
nUMLAL 64位無符號數乘加指令
ASR n 算術右移n位(1<=n<=32)
LSL n 邏輯左移n位(1<=n<=32)
LSR n 邏輯右移n位(1<=n<=32)
ROR n 循環(huán)右移n位(1<=n<=32)
RRX 帶擴展的循環(huán)右移1位
3程序狀態(tài)寄存器處理指令
ARM微處理器支持程序狀態(tài)寄存器訪問指令,用于在程序狀態(tài)寄存器和通用寄存器之間傳送數據。
nMRS 程序狀態(tài)寄存器到通用寄存器的數據傳送指令
nMSR 通用寄存器到程序狀態(tài)寄存器的數據傳送指令
4程序狀態(tài)寄存器處理指令
加載指令用于將存儲器中的數據傳送到寄存器,存儲指令則完成相反的操作。
nLDR 字數據加載指令
nLDRB 字節(jié)數據加載指令
nLDRH 半字數據加載指令
nSTR 字數據存儲指令
nSTRB 字節(jié)數據存儲指令
nSTRH 半字數據存儲指令
nLDM 批量數據加載指令
nSTM 批量數據存儲指令
4批量數據加載/存儲指令
ARM微處理器所支持批量數據加載/存儲指令可以一次在一片連續(xù)的存儲器單元和多個寄存器之間傳送數據,批量加載指令用于將一片連續(xù)的存儲器中的數據傳送到多個寄存器,批量數據存儲指令則完成相反的操作。
nLDM 批量數據加載指令
nSTM 批量數據存儲指令
ARM微處理器所支持的數據交換指令能在存儲器和寄存器之間交換數據。
nSWP 字數據交換指令
nSWPB 字節(jié)數據交換指令
5協(xié)處理器指令
nCDP 協(xié)處理器數操作指令
nLDC 協(xié)處理器數據加載指令
nSTC 協(xié)處理器數據存儲指令
nMCR 寄存器到協(xié)處理器寄存器的數據傳送指令
nMRC 協(xié)處理器寄存器到寄存器的數據傳送指令
異常產生指令
nSWI 軟件中斷指令
nBKPT 斷點中斷指令
3匯編語言的語句格式
ARM(Thumb)匯編語言的語句格式為:
{標號} {指令或偽指令} {;注釋}
在匯編語言程序設計中,每一條指令的助記符可以全部用大寫、或全部用小寫,但不用許在一條指令中大、小寫混用。
同時,如果一條語句太長,可將該長語句分為若干行來書寫,在行的末尾用“”表示下一行與本行為同一條語句。
3.1 在匯編語言程序中常用的符號
在匯編語言程序設計中,經常使用各種符號代替地址、變量和常量等,以增加程序的可讀性。盡管符號的命名由編程者決定,但并不是任意的,必須遵循以下的約定:
— 符號區(qū)分大小寫,同名的大、小寫符號會被編譯器認為是兩個不同的符號。
— 符號在其作用范圍內必須唯一。
— 自定義的符號名不能與系統(tǒng)的保留字相同。
— 符號名不應與指令或偽指令同名。
1、 程序中的變量
程序中的變量是指其值在程序的運行過程中可以改變的量。ARM(Thumb)匯編程序所支持的變量有數字變量、邏輯變量和字符串變量。
數字變量用于在程序的運行中保存數字值,但注意數字值的大小不應超出數字變量所能表示的范圍。
邏輯變量用于在程序的運行中保存邏輯值,邏輯值只有兩種取值情況:真或假。
字符串變量用于在程序的運行中保存一個字符串,但注意字符串的長度不應超出字符串變量所能表示的范圍。
在ARM(Thumb)匯編語言程序設計中,可使用GBLA、GBLL、GBLS偽指令聲明全局變量,使用LCLA、LCLL、LCLS偽指令聲明局部變量,并可使用SETA、SETL和SETS對其進行初始化。
2、 程序中的常量
程序中的常量是指其值在程序的運行過程中不能被改變的量。ARM(Thumb)匯編程序所支持的常量有數字常量、邏輯常量和字符串常量。
數字常量一般為32位的整數,當作為無符號數時,其取值范圍為0~232-1,當作為有符號數時,其取值范圍為-231~231-1。
邏輯常量只有兩種取值情況:真或假。
字符串常量為一個固定的字符串,一般用于程序運行時的信息提示。
3、 程序中的變量代換
程序中的變量可通過代換操作取得一個常量。代換操作符為“$”。
如果在數字變量前面有一個代換操作符“$”,編譯器會將該數字變量的值轉換為十六進制的字符串,并將該十六進制的字符串代換“$”后的數字變量。
如果在邏輯變量前面有一個代換操作符“$”,編譯器會將該邏輯變量代換為它的取值(真或假)。
如果在字符串變量前面有一個代換操作符“$”,編譯器會將該字符串變量的值代換“$”后的字符串變量。
使用示例:
LCLS S1 ;定義局部字符串變量S1和S2
LCLS S2
S1 SETS “Test!”
S2 SETS “This is a $S1” ;字符串變量S2的值為“This is a Test!”
3.2 匯編語言程序中的表達式和運算符
在匯編語言程序設計中,也經常使用各種表達式,表達式一般由變量、常量、運算符和括號構成。常用的表達式有數字表達式、邏輯表達式和字符串表達式,其運算次序遵循如下的優(yōu)先級:
— 優(yōu)先級相同的雙目運算符的運算順序為從左到右。
— 相鄰的單目運算符的運算順序為從右到左,且單目運算符的優(yōu)先級高于其他運算符。
— 括號運算符的優(yōu)先級最高。
1、 數字表達式及運算符
數字表達式一般由數字常量、數字變量、數字運算符和括號構成。與數字表達式相關的運算符如下:
— “+”、“-”、“×”、“/” 及“MOD”算術運算符
以上的算術運算符分別代表加、減、乘、除和取余數運算。例如,以X和Y表示兩個數字表達式,則:
X+Y 表示X與Y的和。
X-Y 表示X與Y的差。
X×Y 表示X與Y的乘積。
X/Y 表示X除以Y的商。
X:MOD:Y 表示X除以Y的余數。
— “ROL”、“ROR”、“SHL”及“SHR”移位運算符
以X和Y表示兩個數字表達式,以上的移位運算符代表的運算如下:
X:ROL:Y 表示將X循環(huán)左移Y位。
X:ROR:Y 表示將X循環(huán)右移Y位。
X:SHL:Y 表示將X左移Y位。
X:SHR:Y 表示將X右移Y位。
— “AND”、“OR”、“NOT”及“EOR”按位邏輯運算符
以X和Y表示兩個數字表達式,以上的按位邏輯運算符代表的運算如下:
X:AND:Y 表示將X和Y按位作邏輯與的操作。
X:OR:Y 表示將X和Y按位作邏輯或的操作。
:NOT:Y 表示將Y按位作邏輯非的操作。
X:EOR:Y 表示將X和Y按位作邏輯異或的操作。
2、 邏輯表達式及運算符
邏輯表達式一般由邏輯量、邏輯運算符和括號構成,其表達式的運算結果為真或假。與邏輯表達式相關的運算符如下:
— “=”、“>”、“<”、“>=”、“<= ”、“/=”、“ <>” 運算符
以X和Y表示兩個邏輯表達式,以上的運算符代表的運算如下:
X = Y 表示X等于Y。
X > Y 表示X大于Y。
X < Y 表示X小于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。
X <> Y 表示X不等于Y。
— “LAND”、“LOR”、“LNOT”及“LEOR”運算符
以X和Y表示兩個邏輯表達式,以上的邏輯運算符代表的運算如下:
X:LAND:Y 表示將X和Y 作邏輯與的操作。
X:LOR:Y 表示將X和Y作邏輯或的操作。
:LNOT:Y 表示將Y作邏輯非的操作。
X:LEOR:Y 表示將X和Y作邏輯異或的操作。
3、 字符串表達式及運算符
字符串表達式一般由字符串常量、字符串變量、運算符和括號構成。編譯器所支持的字符串最大長度為512字節(jié)。常用的與字符串表達式相關的運算符如下:
— LEN運算符
LEN運算符返回字符串的長度(字符數),以X表示字符串表達式,其語法格式如下:
:LEN:X
— CHR運算符
CHR運算符將0~255之間的整數轉換為一個字符,以M表示某一個整數,其語法格式如下:
:CHR:M
— STR運算符
STR運算符將將一個數字表達式或邏輯表達式轉換為一個字符串。對于數字表達式,STR運算符將其轉換為一個以十六進制組成的字符串;對于邏輯表達式,STR運算符將其轉換為字符串T或F,其語法格式如下:
:STR:X
其中,X為一個數字表達式或邏輯表達式。
— LEFT運算符
LEFT運算符返回某個字符串左端的一個子串,其語法格式如下:
X:LEFT:Y
其中:X為源字符串,Y為一個整數,表示要返回的字符個數。
— RIGHT運算符
與LEFT運算符相對應,RIGHT運算符返回某個字符串右端的一個子串,其語法格式如下:
X:RIGHT:Y
其中:X為源字符串,Y為一個整數,表示要返回的字符個數。
— CC運算符
CC運算符用于將兩個字符串連接成一個字符串,其語法格式如下:
X:CC:Y
其中:X為源字符串1,Y為源字符串2,CC運算符將Y連接到X的后面。
4、 與寄存器和程序計數器(PC)相關的表達式及運算符
常用的與寄存器和程序計數器(PC)相關的表達式及運算符如下:
— BASE運算符
BASE運算符返回基于寄存器的表達式中寄存器的編號,其語法格式如下:
:BASE:X
其中,X為與寄存器相關的表達式。
— INDEX運算符
INDEX運算符返回基于寄存器的表達式中相對于其基址寄存器的偏移量,其語法格式如下:
:INDEX:X
其中,X為與寄存器相關的表達式。
5、 其他常用運算符
— ?運算符
?運算符返回某代碼行所生成的可執(zhí)行代碼的長度,例如:
?X
返回定義符號X的代碼行所生成的可執(zhí)行代碼的字節(jié)數。
— DEF運算符
DEF運算符判斷是否定義某個符號,例如:
:DEF:X
如果符號X已經定義,則結果為真,否則為假。
4匯編語言的程序結構
4.1 匯編語言的程序結構
在ARM(Thumb)匯編語言程序中,以程序段為單位組織代碼。段是相對獨立的指令或數據序列,具有特定的名稱。段可以分為代碼段和數據段,代碼段的內容為執(zhí)行代碼,數據段存放代碼運行時需要用到的數據。一個匯編程序至少應該有一個代碼段,當程序較長時,可以分割為多個代碼段和數據段,多個段在程序編譯鏈接時最終形成一個可執(zhí)行的映象文件。
可執(zhí)行映象文件通常由以下幾部分構成:
— 一個或多個代碼段,代碼段的屬性為只讀。
— 零個或多個包含初始化數據的數據段,數據段的屬性為可讀寫。
— 零個或多個不包含初始化數據的數據段,數據段的屬性為可讀寫。
鏈接器根據系統(tǒng)默認或用戶設定的規(guī)則,將各個段安排在存儲器中的相應位置。因此源程序中段之間的相對位置與可執(zhí)行的映象文件中段的相對位置一般不會相同。
以下是一個匯編語言源程序的基本結構:
AREA Init,CODE,READONLY
ENTRY
Start
LDR R0,=0x3FF5000
LDR R1,0xFF
STR R1,[R0]
LDR R0,=0x3FF5008
LDR R1,0x01
STR R1,[R0]
┉┉
END
在匯編語言程序中,用AREA偽指令定義一個段,并說明所定義段的相關屬性,本例定義一個名為Init的代碼段,屬性為只讀。ENTRY偽指令標識程序的入口點,接下來為指令序列,程序的末尾為END偽指令,該偽指令告訴編譯器源文件的結束,每一個匯編程序段都必須有一條END偽指令,指示代碼段的結束。
4.2 匯編語言的子程序調用
在ARM匯編語言程序中,子程序的調用一般是通過BL指令來實現(xiàn)的。在程序中,使用指令:BL 子程序名
即可完成子程序的調用。
該指令在執(zhí)行時完成如下操作:將子程序的返回地址存放在連接寄存器LR中,同時將程序計數器PC指向子程序的入口點,當子程序執(zhí)行完畢需要返回調用處時,只需要將存放在LR中的返回地址重新拷貝給程序計數器PC即可。在調用子程序的同時,也可以完成參數的傳遞和從子程序返回運算的結果,通常可以使用寄存器R0~R3完成。
以下是使用BL指令調用子程序的匯編語言源程序的基本結構:
AREA Init,CODE,READONLY
ENTRY
Start
LDR R0,=0x3FF5000
LDR R1,0xFF
STR R1,[R0]
LDR R0,=0x3FF5008
LDR R1,0x01
STR R1,[R0]
BL PRINT_TEXT
┉┉
PRINT_TEXT
┉┉
MOV PC,BL
┉┉
END
4.3 匯編語言程序示例
以下是一個基于S3C4510B的串行通訊程序,關于S3C4510B的串行通訊的工作原理,可以參考第六章的相關內容,在此僅向讀者說明一個完整匯編語言程序的基本結構:
;********************************************************************************
; Instituteof Automation,Chinese Academyof Sciences
;Description: This example shows the UART communication!
;Author: JuGuang,Lee
;Date:
;********************************************************************************
UARTLCON0 EQU 0x3FFD000
UARTCONT0 EQU 0x3FFD004
UARTSTAT0 EQU 0x3FFD008
UTXBUF0 EQU 0x3FFD00C
UARTBRD0 EQU 0x3FFD014
AREAInit,CODE,READONLY
ENTRY
;**************************************************
;LED Display
;**************************************************
LDR R1,=0x3FF5000
LDR R0,=&ff
STR R0,[R1]
LDR R1,=0x3FF5008
LDR R0,=&ff
STR R0,[R1]
;*************************************************
;UART0 line controlregister
;*************************************************
LDR R1,=UARTLCON0
LDR R0,=0x03
STR R0,[R1]
;**************************************************
;UART0 control regiser
;**************************************************
LDR R1,=UARTCONT0
LDR R0,=0x9
STR R0,[R1]
;**************************************************
;UART0 baud rate divisorregiser
;Baudrate=19200,對應于50MHz的系統(tǒng)工作頻率
;***************************************************
LDR R1,=UARTBRD0
LDR R0,=0x500
STR R0,[R1]
;***************************************************
;Print the messages!
;***************************************************
LOOP
LDR R0,=Line1
BL PrintLine
LDR R0,=Line2
BL PrintLine
LDR R0,=Line3
BL PrintLine
LDR R0,=Line4
BL PrintLine
LDR R1,=0x7FFFFF
LOOP1
SUBS R1,R1,#1
BNE LOOP1
B LOOP
;***************************************************
;Print line
;***************************************************
PrintLine
MOV R4,LR
MOV R5,R0
Line
LDRB R1,[R5],#1
AND R0,R1,#&FF
TST R0,#&FF
MOVEQ PC,R4
BL PutByte
B Line
PutByte
LDR R3,=UARTSTAT0
LDR R2,[R3]
TST R2,#&40
BEQ PutByte
LDR R3,=UTXBUF0
STR R0,[R3]
MOV PC,LR
Line1 DCB &A,&D,"******************************************************************",0
Line2 DCB &A,&D,"ChineseAcademy of Sciences,Institute of Automation,Complex System Lab.",0
Line3 DCB &A,&D," ARM Development Board Based on SamsungARM S3C4510B.",0
Line4 DCB &A,&D,&A,&D,&A,&D,&A,&D,&A,&D,&A,&D,&A,&D,&A,&D,&A,&D,&A,&D,&A,&D,&A,&D,&A,&D,&A,&D,&A,&D,0
END
4.4 匯編語言與C/C++的混合編程
在應用系統(tǒng)的程序設計中,若所有的編程任務均用匯編語言來完成,其工作量是可想而知的,同時,不利于系統(tǒng)升級或應用軟件移植,事實上,ARM體系結構支持C/C+以及與匯編語言的混合編程,在一個完整的程序設計的中,除了初始化部分用匯編語言完成以外,其主要的編程任務一般都用C/C++ 完成。
匯編語言與C/C++的混合編程通常有以下幾種方式:
- 在C/C++代碼中嵌入匯編指令。
- 在匯編程序和C/C++的程序之間進行變量的互訪。
- 匯編程序、C/C++程序間的相互調用。
在以上的幾種混合編程技術中,必須遵守一定的調用規(guī)則,如物理寄存器的使用、參數的傳遞等,這對于初學者來說,無疑顯得過于煩瑣。在實際的編程應用中,使用較多的方式是:程序的初始化部分用匯編語言完成,然后用C/C++完成主要的編程任務,程序在執(zhí)行時首先完成初始化過程,然后跳轉到C/C++程序代碼中,匯編程序和C/C++程序之間一般沒有參數的傳遞,也沒有頻繁的相互調用,因此,整個程序的結構顯得相對簡單,容易理解。以下是一個這種結構程序的基本示例,該程序基于第五、六章所描述的硬件平臺:
;*************************************************************************
; Instituteof Automation, Chinese Academyof Sciences
;File Name: Init.s
;Description:
;Author: JuGuang,Lee
;Date:
;************************************************************************
IMPORTMain ;通知編譯器該標號為一個外部標號
AREA Init,CODE,READONLY ;定義一個代碼段
ENTRY ;定義程序的入口點
LDR R0,=0x3FF0000 ;初始化系統(tǒng)配置寄存器,具體內容可參考第五、六章
LDR R1,=0xE7FFFF80
STR R1,[R0]
LDR SP,=0x3FE1000 ;初始化用戶堆棧,具體內容可參考第五、六章
BL Main ;跳轉到Main()函數處的C/C++代碼執(zhí)行
END ;標識匯編程序的結束
以上的程序段完成一些簡單的初始化,然后跳轉到Main()函數所標識的C/C++代碼處執(zhí)行主要的任務,此處的Main僅為一個標號,也可使用其他名稱,與C語言程序中的main()函數沒有關系。
/*******************************************************************************
* Instituteof Automation, Chinese Academyof Sciences
* File Name: main.c
* Description: P0,P1LED flash.
* Author: JuGuang,Lee
* Date:
******************************************************************************/
void Main(void)
{
inti;
*((volatile unsigned long *) 0x3ff5000) = 0x0000000f;
while(1)
{
*((volatile unsignedlong *) 0x3ff5008) = 0x00000001;
for(i=0;i<0x7fFFF; i++);
*((volatileunsigned long *) 0x3ff5008) = 0x00000002;
for(i=0;i<0x7FFFF; i++);
}
}
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