arm接口技术二--指令集与异常处理

arm汇编工程

注意事项：

魔法棒 - listing的两个选项勾上
Linker --- Text Start: 指定指针起始地址0x0
品按钮 -- Folder选择arm-none-eabi编译器
assemble编译报错：KEIL中错误FCARM - Output Name not specified, please check 'Options for Target - Utilit解决方法：https://blog.csdn.net/weixin_61944814/article/details/132768744

arm指令

指令格式：<opcode> {<cond>} {s} <Rd>, <Rn> {<,operand2>}

大括号参数，代表不是必须的
opcode：指令注记符。就是见名知意，见到这个指令就知道是什么意思
cond：执行指令的条件。ne/eq/gt/lt/ge/le，与shell中的比较符号一模一样
s：指令中带s，则表示指令的执行结果影响CPSR寄存器的NZCV位，否则不带这个s就好了
Rd:指令执行结果的目标寄存器，可以是R0--R15
Rn、operand2:表示指令运行需要的操作数。指令执行可以有两个操作数，第一操作数Rn必须是一个寄存器，第二操作数可以是立即数、寄存器、寄存器移位

算术右移，逻辑右移：

算术右移符号位要一起移动，并且在左边补上符号位，也就是如果符号位是1就补1符号位是0就补0
算术左移和算术右移主要用来进行有符号数的倍增、减半；
逻辑左移和逻辑右移主要用来进行无符号数的倍增、减半。

arm指令详细介绍，看体系课22周1.3 ARM指令集.pdf。

arm伪指令

arm伪指令不是arm的指令，而是编译器为了方便用户使用编写的指令。详细看体系课22周1.4.pdf。

ATPCS标准

arm thumb procedure call standard。规定了C/C++程序，函数参数传递、返回值返回、局部变量寄存器的使用规则。

atpcs规定，传递函数参数时，如果参数不超过4个，用r0-r3寄存器传递，超过4个则用参数栈。由此可以看出，设计函数时，参数超过4个，效率就会下降，因为参数栈要读写内存。

汇编与C混合编程

汇编中调用C语言

注意：

汇编调用c语言前，必须制定栈指针寄存器SP
c语言函数名，在汇编中就是标签名，所以C语言并不一定从main开始执行，main对汇编来说只是一个标签名。

汇编调用C模板：

s 复制代码

.global _start
	
_start:
    @0x40000000,0x4000ffff
    mov r0,#12
	mov r1,#13
	ldr sp,=0x40001ff0 @调用C语言前，必须指定栈指针寄存器。
    @操作系统中C语言程序执行不用指定，是因为系统在执行的时候创建了一个进程，创建进程的时候自动帮我们设置了sp应该在什么位置。
    @在没有系统的时候，就必须有一套汇编，来指定sp，才能执行C语言

	bl add

stop:
    b stop

int add(int a, int b) @add,对汇编来说只是一个标签，add与main无区别
{
	int c;
	c = a + b;
	return c;
}

以上代码仿真时，必须设置keil魔法棒 --> CC --> optimization为no。避免编译器优化调c函数参数、局部变量的入栈出栈过程。

c调用汇编

c语言调用汇编，使用asm

c 复制代码

/*
asm(
    "指令1\n"
    "指令2\n"
    ...
    :"输出列表"
    :"输入列表"
    :"修改列表"
)
*/

int add(int a, int b)
{
    int c;

    /* 调用汇编指令实现两数相加
     * 规定：汇编命令中引用的c变量，按输出列表、输入列表从0开始编号。
     * 指令中`%num`引用变量
     * 修饰符：=修饰表示操作符只写，+修饰表示可读写，&修饰表示只能作为输出。
    */
    asm(
        "add r0,%1,%2\n"
        "mov %0,r0\n"
        :"=r"(c)
        :"r"(a),"r"(b)
        :"r0"
    );

    return c;
}

gcc优化与volatile关键字

优化思想：如果我们在前面已经将这个变量所对应的内存数据读到寄存器中，而当我们再次需要读这个变量所对应内存的数据的时候，编译器认为前面我们已经在寄存器中，存放过值了，为了提高效率，它直接会使用上一次寄存器中的值，而不重新从内存中读值。

gcc编译的时候有三级优化，O1/O2/O3。

优化带来的问题：

如果内存中的值已经被其他的执行单元(中断处理函数或其他线程)做了更改，而优化之后的代码每次从寄存器中读值，就会带来寄存器中的值和内存中的值不一致的问题。
不优化，代码效率又会降低。

为了解决这个问题，使用volatile关键字(易改变的)修饰一个变量，防止编译器优化（本质），告诉编译器每次在使用这个变量的时候,必须从变量所在的内存中重新读值

c 复制代码

volatile int g_x = 10;
volatile int g_y = 11;

int add()
{
    int c;
    c = g_x + g_y;

    if (g_x < g_y) { // 执行此句的时候，由于g_x,g_y是全局变量，由于中断处理函数或其他线程，内存中的值可能已经被修改，导致寄存器和内存不一致。
        c++;
    }

    return c;
}

体系课22周1.4.pdf。

ARM核异常处理

体系课22周1.5.pdf。

异常是处理器核在执行程序指令的过程中突然遇到了异常的事情，这些事件包括硬件中断、指令执行错误、用户程序请求服务、内存访问异常、取指令异常等，几乎每种处理器都支持特定的异常处理，中断也是异常的一种

前面讲过，FIQ比IRQ快，除了FIQ有独立的寄存器不需要压栈出栈的过程，还有：

FIQ在异常处理向量表的末尾，FIQ的异常处理函数可以紧接着FIQ向量表，没有跳转的过程
FIQ优先级比IRQ高。

异常处理过程：

执行一个异常指令ARM核自动完成的事务：
- 首先，ARM会自动将CPSR的值拷贝到SPSR
- 修改CPSR的值：设置当前异常模式、设置ARM工作状态、禁止中断
- 将PC拷贝到lr。
- 将PC设置的值跳转到异常向量表对应的位置（异常向量表的位置，由arm核的协处理确定，不同处理器异常向量表的位置不同，需要开发人员设置指令）
异常向量表跳转到对应的异常处理函数
异常处理函数保存通用寄存器的值、处理异常、恢复寄存器的值、返回。

异常处理工程师需要编写向量表及异常处理函数，并指定向量表位置。