嵌入式Linux+ARMARM體系結(jié)構(gòu)與編程(ARM匯編指令)

參考：

http://blog.csdn.net/denlee/article/details/2501182

在嵌入式開(kāi)發(fā)中，匯編程序常常用于非常關(guān)鍵的地方，比如系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)的初始化，進(jìn)出中斷時(shí)的環(huán)境保存、恢復(fù)，對(duì)性能要求非?？量痰暮瘮?shù)等。

1、相對(duì)跳轉(zhuǎn)指令：b、bl
不同之處在于：bl指令除了跳轉(zhuǎn)之外，還將返回地址（bl的下一條指令的地址）保存在lr寄存器中。
跳轉(zhuǎn)范圍：當(dāng)前指令的前后32M。
它們是與位置無(wú)關(guān)的指令。
示例：
b fun1
......
fun1:
bl fun2
......
fun2:
......


2、數(shù)據(jù)傳送指令：mov，地址讀取偽指令：ldr
mov指令可以把一個(gè)寄存器的值賦給另一個(gè)寄存器，或者把一個(gè)常數(shù)賦給寄存器。
例：
mov r1, r2
mov r1, #4096
mov指令傳送的常數(shù)必須能用立即數(shù)來(lái)表示。
當(dāng)不知道一個(gè)數(shù)能否用立即數(shù)來(lái)表示時(shí)，可以使用ldr命令來(lái)賦值。ldr是偽指令，它不是真實(shí)存在的指令，編譯器會(huì)把它擴(kuò)展成真正的指令：如果該常數(shù)能用立即數(shù)來(lái)表示，則使用mov指令；否則編譯時(shí)將該常數(shù)保存在某個(gè)位置，使用內(nèi)存讀取指令把它讀出來(lái)。
例：
ldr r1, =4097
ldr本意為“大范圍的地址讀取偽指令”，以下是獲得代碼的絕對(duì)地址：
例：
ldr r1, =label
label:
......


3、內(nèi)存訪問(wèn)指令：ldr、str、ldm、stm
ldr指令既可能是大范圍的地址讀取偽指令，也可能是內(nèi)存訪問(wèn)指令。當(dāng)它的第二個(gè)參數(shù)前面有“ ＝ ”時(shí)，表示偽指令，否則表示內(nèi)存訪問(wèn)指令。
ldr指令是從內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)到寄存器，str指令把寄存器的值存儲(chǔ)到內(nèi)存中，它們操作的數(shù)據(jù)都是32位的。
例：
ldr r1, [r2, #4] // 將地址為r2+4的內(nèi)存單元數(shù)據(jù)讀取到r1中
ldr r1, [r2] // 將地址為r2的內(nèi)存單元數(shù)據(jù)讀取到r1中
ldr r1, [r2], #4 // 將地址為r2的內(nèi)存單元數(shù)據(jù)讀取到r1中，然后r2=r2+4
str r1, [r2, #4] // 將r1的數(shù)據(jù)保存到地址為r2+4的內(nèi)存單元中
str r1, [r2] // 將r1的數(shù)據(jù)保存到地址為r2的內(nèi)存單元中
str r1, [r2], #4 // 將r1的數(shù)據(jù)保存到地址為r2的內(nèi)存單元中，然后r2=r2+4
ldm和stm屬于批量?jī)?nèi)存訪問(wèn)指令，只用一條指令就可以讀寫多個(gè)數(shù)據(jù)。格式為：
ldm {cond} { ! } { ^ }
stm {cond} { ! } { ^ }
其中，{cond}表示指令的執(zhí)行條件有：

大多數(shù)ARM指令都可以條件執(zhí)行，即根據(jù)cpsr寄存器中的條件標(biāo)志位決定是否執(zhí)行該指令：如果條件不滿足，該指令相當(dāng)于一條nop指令。
每條ARM指令包含4位的條件碼域，這表明可以定義16個(gè)執(zhí)行條件。
cpsr條件標(biāo)志位N、Z、C、V分別表示Negative、Zero、Carry、oVerflow。

表示地址變化模式，有4種方式：
ia (Increment After) ：事后遞增方式。
ib (Increment Before) ：事先遞增方式。
da (Decrement After) ：事后遞減方式。
db (Decrement Before)：事先遞減方式。
中保存內(nèi)存的地址，如果后面加上感嘆號(hào)，指令執(zhí)行后，rn的值會(huì)更新，等于下一個(gè)內(nèi)存單元的地址。
表示寄存器列表，對(duì)于ldm指令，從所對(duì)應(yīng)的內(nèi)存塊中取出數(shù)據(jù)，寫入這些寄存器；對(duì)于stm指令，把這些寄存器的值寫入所對(duì)應(yīng)的內(nèi)存塊中。
{^}有兩種含義：
如果中有pc寄存器，它表示指令執(zhí)行后，spsr寄存器的值將自動(dòng)到cpsr寄存器中——這常用于從中斷處理函數(shù)中返回；
如果中沒(méi)有pc寄存器，{^}表示操作的是用戶模式下的寄存器，而不是當(dāng)前特權(quán)模式的寄存器。
例：
HandleIRQ: @中斷入口函數(shù)
sub lr, lr, #4 @計(jì)算返回地址
stmdb sp!, { r0 - r12, lr } @保存使用的寄存器
@r0 - r12, lr被保存在sp表示的內(nèi)存中
@“！”使得指令執(zhí)行后sp = sp - 14 * 4

ldr lr, =int_return @設(shè)置調(diào)用IRQ_Handle函數(shù)后的返回地址
ldr pc, =IRQ_Handle @調(diào)用中斷分發(fā)函數(shù)
int_return:
ldmia sp!, { r0 - r12, pc }^ @中斷返回，“^”表示將spsr的值到cpsr
@于是從irq模式返回被中斷的工作模式
@“！”使得指令執(zhí)行后sp = sp + 14 * 4


4、加減指令：add、sub
例：
add r1, r2, #1 // r1 = r2 + 1
sub r1, r2, #1 // r1 = r2 - 1


5、程序狀態(tài)寄存器的訪問(wèn)指令：msr、mrs
ARM處理器有一個(gè)程序狀態(tài)寄存器（cpsr），它用來(lái)控制處理器的工作模式、設(shè)置中斷的總開(kāi)關(guān)。
例：
msr cpsr, r0 // r0到cpsr中
mrs r0, cpsr // cpsr到r0中

6、其他偽指令
.extern ： 定義一個(gè)外部符號(hào)（可以是變量也可以是函數(shù)）
.text ： 表示現(xiàn)在的語(yǔ)句都屬于代碼段
.global ： 將本文件中的某個(gè)程序標(biāo)號(hào)定義為全局的


ARM－THUMB子程序調(diào)用規(guī)則：ATPCS
為了使C語(yǔ)言程序和匯編程序之間能夠互相調(diào)用，必須為子程序間的調(diào)用制定規(guī)則，在ARM處理器中，這個(gè)規(guī)則被稱為ATPCS：ARM程序和THUMB程序中子程序調(diào)用的規(guī)則?；镜腁TPCS規(guī)則包括寄存器使用規(guī)則、數(shù)據(jù)棧使用規(guī)則、參數(shù)傳遞規(guī)則。

1、寄存器使用規(guī)則
子程序間通過(guò)寄存器r0 ~ r3來(lái)傳遞參數(shù)，這時(shí)可以使用它們的別名a1 ~ a4。被調(diào)用的子程序返回前無(wú)需恢復(fù)r0 ~ r3的內(nèi)容。
在子程序中，使用r4 ~ r11來(lái)保存局部變量，這時(shí)可以使用它們的別名v1 ~ v8。如果在子程序中使用了它們的某些寄存器，子程序進(jìn)入時(shí)要保存這些寄存器的值，在返回前恢復(fù)它們；對(duì)于子程序中沒(méi)有使用到的寄存器，則不必進(jìn)行這些操作。在THUMB程序中，通常只能使用寄存器r4 ~ r7來(lái)保存局部變量。
寄存器r12用作子程序間scratch寄存器，別名為ip。
寄存器r13用作數(shù)據(jù)棧指針，別名為sp。在子程序中寄存器r13不能用作其他用途。它的值在進(jìn)入、退出子程序時(shí)必須相等。
寄存器r14稱為連接寄存器，別名為lr。它用于保存子程序的返回地址。如果在子程序中保存了返回地址（比如將lr值保存到數(shù)據(jù)棧中），r14可以用作其他用途。
寄存器r15是程序計(jì)數(shù)器，別名為pc。它不能用作其他用途。

2、數(shù)據(jù)棧使用規(guī)則
數(shù)據(jù)棧有兩個(gè)增長(zhǎng)方向：向內(nèi)存地址減小的方向增長(zhǎng)時(shí)，稱為DESCENDING棧；向內(nèi)存地址增加的方向增長(zhǎng)時(shí)，稱為ASCENDING棧。
所謂數(shù)據(jù)棧的增長(zhǎng)就是移動(dòng)棧指針。當(dāng)棧指針指向棧頂元素（最后一個(gè)入棧的數(shù)據(jù)）時(shí)，稱為FULL棧；當(dāng)棧指針指向棧頂元素（最后一個(gè)入棧的數(shù)據(jù)）相鄰的一個(gè)空的數(shù)據(jù)單元時(shí)，稱為EMPTY棧。
則數(shù)據(jù)棧可以分為4種：
FD：Full Descending 滿遞減
ED：Empty Descending 空遞減
FA ：Full Ascending 滿遞增
EA：Empty Ascending 空遞增
ATPCS規(guī)定數(shù)據(jù)棧為FD類型，并且對(duì)數(shù)據(jù)棧的操作是8字節(jié)對(duì)齊的。使用stmdb / ldmia批量?jī)?nèi)存訪問(wèn)指令來(lái)操作FD數(shù)據(jù)棧。
使用stmdb命令往數(shù)據(jù)棧中保存內(nèi)容時(shí)，先遞減sp指針，再保存數(shù)據(jù)，使用ldmia命令從數(shù)據(jù)棧中恢復(fù)數(shù)據(jù)時(shí)，先獲得數(shù)據(jù)，再遞增sp指針，sp指針總是指向棧頂元素，這剛好是FD棧的定義。

3、參數(shù)傳遞規(guī)則
一般地，當(dāng)參數(shù)個(gè)數(shù)不超過(guò)4個(gè)時(shí)，使用r0 ~ r3這4個(gè)寄存器來(lái)傳遞參數(shù)；如果參數(shù)個(gè)數(shù)超過(guò)4個(gè)，剩余的參數(shù)通過(guò)數(shù)據(jù)棧來(lái)傳遞。
對(duì)于一般的返回結(jié)果，通常使用r0 ~ r3來(lái)傳遞。
例：
假設(shè)CopyCode2SDRAM函數(shù)是用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的，它的數(shù)據(jù)原型如下：
int CopyCode2SDRAM( unsigned char *buf, unsigned long start_addr, int size )
在匯編代碼中，使用下面的代碼調(diào)用它，并判斷返回值：
ldr r0, =0x30000000 @1. 目標(biāo)地址 ＝ 0x30000000，這是SDRAM的起始地址
mov r1, #0 @2. 源地址 ＝ 0
mov r2, #16*1024 @3. 長(zhǎng)度 ＝ 16K
bl CopyCode2SDRAM @調(diào)用C函數(shù)CopyCode2SDRAM
cmp a0, #0 @判斷函數(shù)返回值