05-基于ARM的嵌入式程序设计.ppt

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1、第 5 章,基于 ARM 的嵌入式程序设计,主要内容：,ARM 汇编语言程序设计,C 与汇编语言混合编程,ARM 汇编语言编程示例,一、ARM 汇编语言程序设计,1、两种常用IDE简介 2、ADS/SDT下的伪操作 3、ARM汇编语言伪指令 4、ARM汇编语言的文件和语句 5、ARM汇编语言编程的几个问题 6、ARM汇编语言编程示例,1、两种常用 IDE 简介,ADS/SDT IDE开发环境：它由ARM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。,2、ADS/SDT 下的伪操作,ADS

2、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（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,3、ARM 汇编语言伪指令,4、ARM 汇编语言的文件和语句,ARM汇编语言语句格式如下所示

3、： 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。一个ARM源程序至少需要一个代码段，大的程序可以包含多个代码段和数据段。,ARM汇编语言源程序的基本结构举例：,AREA Example，CODE，READONLY ENTRY start MOV R0

4、，#40 MOV R1，#23 ADD R0，R0，R1 END 程序体部分实现了一个简单的加法运算。,5、ARM 汇编语言编程的几个问题,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互相调用,32位立即数在32位指令中的编码以及ARM特有的寄存器移位操作是数据处理方面的难点,ARM数据处理操作,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、V。 每条指令都可以条件执行。 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。,设置条件码,汇编语言子程序调用及返回,在ARM汇编

5、语言中，子程序调用是通过BL指令来完成的。BL subname 其中，subname是被调用的子程序的名称。 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（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之间的状态转换及函数的互相调用,ARM/Thumb之间的函数调用时： 在同一状态下的子程序调用、返回，通常都只需要一条指令实现：BL fun

6、ction 和 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中最低位是否正确。,6、ARM 汇编语言编程示例,AREA ARMex，CODE，READONLY ENTRY start MOV R1,#10 MOV R2,#3 ADD R1,R1,R1 stop MOV R0,#0x18 LDR R1,=0x20026 SWI 0x123456 ；

7、将CPU控制权交给调试器 END,示例 1：简单的ARM指令程序,AREA Block，CODE，READONLY NUM EQU 20 ENTRY LDR R0 , = src LDR R1 , = dst MOV R2 , # NUM MOV SP , # 0x400 Bcopy MOVS R3 , R2 , LSR # 3 BEQ Cword STMFD SP ! , R4 - R11 Ocopy LDMIA R0 ! , R4 - R11 STMIA R1 ! , R4 - R11 SUBS R3 , R3 , # 1 BNE Ocopy,示例 2：数据块批量复制程序（一次8字，不足则

8、单字复制）,LDMFD SP ! , R4 - R11 Cword ANDS R2 , R2 , # 7 BEQ Stop Wcopy LDR R3 , R0 , # 4 STR R3 , R1 , # 4 SUBS R2 , R2 , # 1 BNE Wcopy Stop MOV R0 , # 0x18 LDR R1 , = 0x20026 SWI 0x123456 ；将CPU控制权交给调试器 AREA Bdata，DATA，READWRITE src DCD 1,2,3,4,5,6,7,8, 1,2,3,4,5,6,7,8, 1,2,3,4 dst DCD 0,0,0,0,0,0,0,0,

9、 0,0,0,0,0,0,0,0, 0,0,0,0 END,二、C 与汇编语言混合编程,1、嵌入式C语言程序设计的几个问题 2、C与汇编语言混合编程及示例,1、嵌入式 C 语言程序设计的几个问题, 变量定义 参数传递 循环条件,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。但有时使用冗余变量可以减少存储器访问的次数这可以提高

10、系统性能。, 变量定义,为了使各自单独编译的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规定寄存器组中的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。, 参数传递, 循环条件,计数循环是程序中常用的流程控制结构，一般有以下两种形式： for （loop=1；loop=limit；loop+） for （loop=limit；loop!=0；loop-） 这两种循环形式在逻辑上并没有差别，但是映射到具体的体系

11、结构中时，就产生了不同，如下图所示：,2、C 与汇编语言混合编程及示例, ATPCS 规则 内嵌汇编 C和ARM汇编程序间相互调用, ATPCS 规则,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,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 （Full Descending） 满递减 ED （Empty

12、 Descending）空递减 FA （Full Ascending） 满递增 EA （Empty Ascending） 空递增 ATPCS规定数据栈为FD（满递减）类型，并且对数据栈的操作是8字节对齐的。,数据栈的使用规则,参数个数固定的子程序参数传递规则： 第一个整数参数，通过寄存器R0R3来传递。其他参数通过数据栈传递。 参数个数可变的子程序参数传递规则： 当参数不超过4个时，可以使用寄存器R0R3来传递参数；当参数超过4个时，还可以使用数据栈来传递参数 子程序结果返回规则 结果为一个32位整数时，可以通过寄存器R0返回；结果为一个64位整数时，可以通过寄存器R0和R1返回，依次类推。,

13、参数的传递规则,在C程序中嵌入汇编程序可以实现一些高级语言没有的功能，并可以提高执行效率。 armcc和armcpp内嵌汇编器支持完整的ARM指令集；tcc和tcpp用于Thumb指令集。所以，同一个C程序中不能同时包含ARM指令和Thumb指令。 内嵌的汇编指令包括大部分的ARM指令和Thumb指令，但是不能直接引用C的变量定义，数据交换必须通过ATPCS进行。 嵌入式汇编在形式上表现为独立定义的函数体。, 内嵌汇编,内嵌汇编示例：,# include void astrcpy(char *p1,char *p2) char tempch; _asm loop:LDRB tempch,p1,

14、#1 STRB tempch,p2,#1 CMP tempch,#0 BNE loop ,void main() 定义并初始化str1、str2， 定义字符串tempstr _asm MOV R0,str1 MOV R1,str2 MOV R2,tempstr BL astrcpy,(R0,R2) BL astrcpy,(R1,R0) BL astrcpy,(R2,R1) , C和ARM汇编程序间相互调用,遵守ATPCS的前提下，注意export和extern的配合使用,示例：C程序调用汇编程序,#include extern void strcpy(char *,char *) void m

15、ain() char *src=“source”; char *dst=“destination”; strcpy(dst,src); printf(“%sn%sn”,src,dst); ,area Scopy,code,readonly export strcpy strcpy LDRB R2,R1,#1 STRB R2,R0,#1 CMP R2,#0 BNE strcpy MOV PC,LR end,示例：汇编程序调用C程序,int g(int a,int b,int c,int d,int e) return a+b+c+d+e; C程序用于计算五个数之和 汇编程序则把四个放入R0R3，

16、 最后一个放在数据栈内； 编译器判断出需要几个参数， 自动取得。,area f,code,readonly extern g STR LR,SP,#-4! ADD R1,R0,R0 ADD R2,R1,R0 ADD R3,R1,R2 STR R3,SP,#-4! ADD R3,R1,R1 BL g ADD SP,SP,#4 LDR PC,SP,#4 end,1、求两个向量的点积 2、SWI 软件中断 3、IRQ 中断 4、异常中断向量表的搬运,三、ARM 汇编语言编程示例,例程 1：求两个向量的点积,#include #define low32(a) (unsigned *) ,_int64

17、dotprod(int *a, int *b, unsigned n) _int64 sum=0; do sum += mlal(sum, *a+, *b+); while(-n!=0) return sum; _int64 mlal(_int64 sum, int a, int b) _asm SMLAL low32(sum), high32(sum), a, b return sum; ,例程 2：SWI 软件中断,执行SWI指令时系统自动完成以下工作： R14_SVC = SWI指令的下面一条指令的地址 SPSR_SVC = CPSR CPSR4:0= 0b10011 CPSR5= 0

18、CPSR7= 1 ; 禁止响应 IRQ 中断 PC = 0x00000008,SWI中断处理程序（与系统相关的ARM指令代码） SWISTART: STMFD SP!, R0-R3, R12, LR MRS R0, SPSR TST R0, #0x20,LDRNEH R0, LR, #-2 ; 读SWI立即数 BICNE R0, R0, #0xFF00 LDREQ R0, LR, #-4 BICEQ R0, R0, #0xFF000000 CMP R0, #MaxSWI ; 判断是否越界 LDRLS PC, PC, R0, LSL #2 B SWI_OutofRange ; 占4 个字节 SW

19、ITable: DCD DOSWI_0 DCD DOSWI_1 DOSWI_0: LDMFD SP!, R0-R3, R12, PC DOSWI_1: LDMFD SP!, R0-R3, R12, PC,例程 3：IRQ 中断,响应IRQ中断请求时系统自动完成以下工作： R14_IRQ = 当前PC+8 SPSR_IRQ = CPSR CPSR4:0= 0b10010 CPSR5= 0 CPSR7= 1 ; 禁止响应其他 IRQ 中断 PC = 0x00000018,IRQ中断处理程序（与系统相关的ARM指令代码） SUB R14, R14, #4 ; 前面加 8，此处减 4 STMFD R1

20、3!, R12, R14 MRS R12, SPSR ; 允许IRQ中断嵌套 STMFD R13!, R12 MOV R12, #IntBase ; 中断源提供功能号 LDR R12, R12, #IntLevel,MRS R14, CPSR ; 允许响应IRQ中断 BIC R14, R14, #0x80 MSR CPSR_C, R14 LDR PC, PC, R12, LSL #2 NOP ; 用于占4 字节而已 DCD INT0 DCD INT1 INT0: STMFD R13!, R0-R11 MRS R12, CPSR ORR R12, R12, #0x80 MSR CPSR_C, R

21、12 ; 禁止响应IRQ中断 LDMFD R13!, R0-R12 MSR SPSR_CXSF, R12 LDMFD R13!, R12, PC ; 逆序恢复现场 INT1: STMFD R13!, R0-R11 ,例程 4：异常中断向量表的搬运,当操作系统配置为地址 0x0 处为RAM，而不是ROM时，在引导操作系统前应从ROM中搬运（复制）异常中断向量表到RAM，以保证各异常的正常响应。 假定，保存在ROM中的异常中断向量表和异常中断向量处理程序入口地址为：,Export Int_Vectors ；异常中断向量表 Int_Vectors: LDR PC , Int_Table LDR PC

22、 , （Int_Table + 4） LDR PC , （Int_Table + 8） LDR PC , （Int_Table + 12） LDR PC , （Int_Table + 16） LDR PC , （Int_Table + 20） LDR PC , （Int_Table + 24） LDR PC , （Int_Table + 28）,Export Int_Table ；异常中断处理程序的入口点函数 Int_Table: Int_Initialize_Addr DCD Int_Initialize Undef_Instr_Addr DCD Undef_Instr_ISR SWI_Ad

23、dr DCD SWI_ISR Prefetch_Abort_Addr DCD Prefetch_Abort_ISR Data_Abort_Addr DCD Data_Abort_ISR Undef_Addr DCD 0 ；暂时无定义 IRQ_Handler_Addr DCD Int_IRQ_Parse FIQ_Handler_Addr DCD Int_FIQ_Parse,通常，这二者需要放在最低地址（对小端存储模式 而言）也即物理地址 0x0 处。,定义部分空间，在设置新的异常中断向量时，用于保存原来的异常中断向量： OLD_Undef_Vect DCD 0x00000000 OLD_Unde

24、f_Addr DCD 0x00000000 OLD_SWI_Vect DCD 0x00000000 OLD_SWI_Addr DCD 0x00000000 OLD_IRQ_Vect DCD 0x00000000 OLD_IRQ_Addr DCD 0x00000000 OLD_FIQ_Vect DCD 0x00000000 OLD_FIQ_Addr DCD 0x00000000,；Undef ；SWI ；IRQ ；FIQ,下面的子程序用于设置异常中断向量表：分三个部分,Export Int_Install_Vector_Table Int_Install_Vector_Table : STMDB

25、 SP! , A1-A4 , LR ；保存工作寄存器以及返回地址 ；首先保存原异常中断向量表，以备后用 MOV A3 , # 0x04 ；Undef 异常中断向量 LDR A1 , A3 , # 0 LDR A2 , = OLD_Undef_Vect STR A1 , A2 , # 0 MOV A3 , # 0x24 LDR A1 , A3 , # 0 LDR A2 , = OLD_Undef_Addr STR A1 , A2 , # 0 ,MOV A3 , # 0x08 ；SWI 异常中断向量 LDR A1 , A3 , # 0 LDR A2 , = OLD_SWI_Vect STR A1

26、, A2 , # 0 MOV A3 , # 0x28 LDR A1 , A3 , # 0 LDR A2 , = OLD_SWI_Addr STR A1 , A2 , # 0 MOV A3 , # 0x18 ；IRQ 异常中断向量 LDR A1 , A3 , # 0 LDR A2 , = OLD_IRQ_Vect STR A1 , A2 , # 0 MOV A3 , # 0x38 LDR A1 , A3 , # 0 LDR A2 , = OLD_IRQ_Addr STR A1 , A2 , # 0 ,MOV A3 , # 0x1C ；FIQ 异常中断向量 LDR A1 , A3 , # 0 LD

27、R A2 , = OLD_FIQ_Vect STR A1 , A2 , # 0 MOV A3 , # 0x3C LDR A1 , A3 , # 0 LDR A2 , = OLD_FIQ_Addr STR A1 , A2 , # 0 ；然后将异常中断向量表以及处理程序入口地址从ROM复制到RAM中地址 0x0 开始的区域 MOV V5 , # 0 ；设定初始地址 ADR V6 , Int_Vectors LDMIA V6! , A1-V4 ；异常中断向量表 STMIA V5! , A1-V4 LDMIA V6! , A1-V4 ；处理程序入口地址 STMIA V5! , A1-V4 ,；最后，若需要回复某些异常中断向量如SWI原来的值，则可以： IF NU_Printf_Support MOV R0 , # 0x08 LDR R1 , OLD_SWI_Vect STR R1 , R0 , # 0 MOV R0 , # 0x28 LDR R1 , OLD_SWI_Addr STR R1 , R0 , # 0 ENDIF LDMIA SP! , A1-A4 , LR MOV PC , LR ；恢复工作寄存器并返回,至此，子程序 Int_Install_Vector_Table 结束,