linux驱动开发-arm汇编基础

ARM 架构提供了 16 个 32 位的通用寄存器(R0~R15)供软件使用，前 15 个(R0~R14)可以用作通用的数据存储， R15 是程序计数器 PC，用来保存将要执行的指令。 ARM 还提供了一个当前程序状态寄存器 CPSR 和一个备份程序状态寄存器 SPSR， SPSR 寄存器就是 CPSR 寄存器的备份。

通用寄存器

R0~R15 就是通用寄存器，通用寄存器可以分为以下三类：

①、未备份寄存器，即 R0~R7。

②、备份寄存器，即 R8~R14。

③、程序计数器 PC，即 R15。

1、未备份寄存器

未备份寄存器指的是 R0~R7 这 8 个寄存器，因为在所有的处理器模式下这 8 个寄存器都是同一个物理寄存器，在不同的模式下，这 8 个寄存器中的数据就会被破坏。所以这 8 个寄存器并没有被用作特殊用途。

2、备份寄存器

备份寄存器中的 R8~R12 这 5 个寄存器有两种物理寄存器，在快速中断模式下(FIQ)它们对应着 Rx_irq(x=8~12)物理寄存器，其他模式下对应着 Rx(8~12)物理寄存器。 FIQ 是快速中断模式，看名字就是知道这个中断模式要求快速执行！ FIQ 模式下中断处理程序可以使用 R8~R12寄存器，因为 FIQ 模式下的 R8~R12 是独立的，因此中断处理程序可以不用执行保存和恢复中断现场的指令，从而加速中断的执行过程。备份寄存器 R13 一共有 8 个物理寄存器，其中一个是用户模式(User)和系统模式(Sys)共用的，剩下的 7 个分别对应 7 种不同的模式。 R13 也叫做 SP，用来做为栈指针。基本上每种模式都有一个自己的 R13 物理寄存器，应用程序会初始化 R13，使其指向该模式专用的栈地址，这就是常说的初始化 SP 指针。备份寄存器 R14 一共有 7 个物理寄存器，其中一个是用户模式(User)、系统模式(Sys)和超级监视模式(Hyp)所共有的，剩下的 6 个分别对应 6 种不同的模式。R14 也称为连接寄存器(LR)，LR 寄存器在 ARM 中主要用作如下两种用途：

①、每种处理器模式使用 R14(LR)来存放当前子程序的返回地址，如果使用 BL 或者 BLX来调用子函数的话， R14(LR)被设置成该子函数的返回地址，在子函数中，将 R14(LR)中的值赋给R15(PC)即可完成子函数返回。

②、当异常发生以后，该异常模式对应的 R14寄存器被设置成该异常模式将要返回的地址，R14 也可以当作普通寄存器使用。

3、程序计数器 R15

程序计数器 R15 也叫做 PC， R15 保存着当前执行的指令地址值加 8 个字节，这是因为 ARM的流水线机制导致的。 ARM 处理器 3 级流水线：取指->译码->执行，这三级流水线循环执行，比如当前正在执行第一条指令的同时也对第二条指令进行译码，第三条指令也同时被取出存放在R15(PC)中。我们喜欢以当前正在执行的指令作为参考点，也就是以第一条指令为参考点，那么 R15(PC)中存放的就是第三条指令，换句话说就是 R15(PC)总是指向当前正在执行的指令地址再加上 2 条指令的地址。对于 32 位的 ARM 处理器，每条指令是 4 个字节

R15 (PC)值 = 当前执行的程序位置 + 8 个字节。

4、程序状态寄存器

所有的处理器模式都共用一个 CPSR 物理寄存器，因此 CPSR 可以在任何模式下被访问。CPSR 是当前程序状态寄存器，该寄存器包含了条件标志位、中断禁止位、当前处理器模式标志等一些状态位以及一些控制位。所有的处理器模式都共用一个 CPSR 必然会导致冲突，为此，除了 User 和 Sys 这两个模式以外，其他 7 个模式每个都配备了一个专用的物理状态寄存器，叫做 SPSR(备份程序状态寄存器)，当特定的异常中断发生时， SPSR 寄存器用来保存当前程序状态寄存器(CPSR)的值，当异常退出以后可以用 SPSR 中保存的值来恢复 CPSR。

1、汇编语法

label: instruction @ comment
label 即标号，表示地址位置，有些指令前面可能会有标号，这样就可以通过标号得到这个指令的地址，标号也可以用来表示数据地址。 注意 label 后面的 " ：" ,任何以" ： "结尾的标识符都会被识别为一个标号。

instruction 即指令即汇编指令或者伪指令

@ 符号 ，表示后面的是注释，

comment就是注释内容

注意：arm中的指令，伪指令，伪操作，寄存器名都可以全部使用大写，也可以全部使用小写，但是不能大小写混用。

开发者可以使用 .section伪操作来定义一个段，汇编系统预定义了一些段名

.text 表示代码段

.data 表示初始化的数据段

.bss表示未初始化的数据段

.rodata 表示只读数据段

用 .section来定义一个段，每个段以段名开始，以下一个段名或者文件结尾结束·

.section .testsection @定义一个 testsection

汇编程序的默认入口标号是 _start ,通常在链接脚本中使用 ENTRY 来指明其他入口

.global_start

_start:

ldr r0,=0x12 @r0=0x12

上面代码中 .global 是伪操作，表示 _start 是一个全局标号，常见伪操作包括

.byte 定义单字节数据，比如 .byte 0x12

.short 定义双字节数据，比如 .short 0x1234

.long 定义一个4字节数据比如**.long 0x12345678**

.equ 赋值语句，格式是 .equ 变量名，表达式，比如 .equ num 0x12，表示 num=0x12

.align 数据字节对齐比如：.align 4 表示4 字节对齐

.end 表示源文件结束

.global 定义一个全局符号，格式为 .global symbol ,比如 .global_start

GNU 汇编同时支持函数

函数名：

函数体

返回语句

GNU 汇编函数返回语句不是必须的，

/* 未定义中断 */

Undefined_Handler:

ldr r0, =Undefined_Handler

bx r0

其中 Undefined_Handler 是函数名，"ldr r0，=Undefined_Handler"是函数体，"bx r0"是函数返回语句，"bx"指令是返回指令，函数返回语句不是必须的。

2、Cortex-A7 常用汇编指令

2.1 处理器内部数据传输指令

2.1.1 传输数据操作类型

1、寄存器到寄存器

2、寄存器到特殊寄存器

3、立即数到寄存器

常用的数据传输指令： MOV MRS MSR

|-----|------|------|-----------------------|
| 指令 | 目的 | 源 | 描述 |
| MOV | R0 | R1 | 将R1中数据传输到R0中 |
| MRS | R0 | CPSR | 将特殊寄存器CPSR中的数据复制到R0中 |
| MSR | CPSR | R1 | 将R1里面的数据复制到特殊寄存器CPSR中 |

1、MOV指令

MOV指令通常是将数据从一个寄存器拷贝到另一个寄存器中，或者将一个立即数传递到寄存器里面

MOV R0，R1 @寄存器R1中的数据传递给R0

MOV R0， #0x12 @将立即数0x12传递给R0寄存器

2、MRS指令

MRS指令用于将特殊寄存器的值复制给普通寄存器

MSR R0，CPSR @将CPSR中的数据复制到R0中

3、MSR指令

MSR指令和MRS指令相反，MSR 指令用来将普通寄存器的数据传递给特殊寄存器，也就是写特殊寄存器只能使用 MSR指令

MSR CPSR，R0 @将R0中的数据复制到CPSR中

2.2、存储器访问指令

arm 不能直接访问存储器，也就是需要将存储器中的数据读到寄存器中，常用的存储器访问指令主要有 LDR 和 STR

|--------------------------|--------------------------------|
| 指令 | 描述 |
| LDR Rd, [Rn , #offset] | 从存储器Rn+osset的位置读取数据存放到Rd中 |
| STR Rd, [Rn,#offset] | 将 Rd 中的数据写入到存储器中的 Rn+offset 位置 |

2.2.1 LDR指令

LDR是将数据从存储器加载到寄存器 Rx中，LDR 也可以将立即数加载到寄存器 Rx中，LDR 加载立即数的时候要用 = ,不能使用 # 来描述立即数。嵌入式开发中，LDR 最常用的就是读取 CPU 的寄存器值，加入有个寄存器 REG0 ，其地址为 0x81000000 ,我们要读取这个寄存器中数据，示例代码如下：

LDR R0， =0x81000000 @将寄存器地址加载到 R0 中，
LDR R1，[R0]         @读取地址0x81000000 中的数据到 R1 寄存器中

没有用到 offset ，则代表 offset 值为0

2.2.2 STR指令

LDR指令是从存储器读取数据，STR 指令是将数据写入到存储器中

LDR R0， =0x81000000
LDR R1,  =0x81000008
STR R1, [R0]    @将R1中的值写入到 R0 中保存的地址中

LDR 和 STR 都是按照字进行读取和写入的，也就是操作的是 32位的数据，如果要按照字节、半字操作的话，可以在 LDR 指令后加上 B或者 H ，字节操作的指令就是 LDRB 和 STRB，按半字进行操作的指令就是 LDRH 和 STRH

2.3 压栈和出栈指令

会在 A 函数中调用 B 函数，当 B 函数执行完以后再回到 A 函数继续执行。要想再跳回 A 函数以后代码能够接着正常运行，那就必须在跳到 B 函数之前将当前处理器状态保存起来(就是保存 R0~R15 这些寄存器值)，当 B 函数执行完成以后再用前面保存的寄存器值恢复R0~R15 即可。保存 R0~R15 寄存器的操作就叫做现场保护，恢复 R0~R15 寄存器的操作就叫做恢复现场。在进行现场保护的时候需要进行压栈(入栈)操作，恢复现场就要进行出栈操作。压栈的指令为 PUSH，出栈的指令为 POP， PUSH 和 POP 是一种多存储和多加载指令，即可以一次操作多个寄存器数据，他们利用当前的栈指针 SP 来生成地址。

|-------------------|------------|
| 指令 | 描述 |
| PUSH <reg list> | 将寄存器列表存入栈中 |
| POP <reg list> | 从栈中恢复寄存器列表 |

假如我们现在要将 R0~R3 和 R12 这 5 个寄存器压栈，当前的 SP 指针指向 0X80000000，处理器的堆栈是向下增长的，使用的汇编代码如下：

PUSH {R0~R3，R12} @将R0~R3和R12 压栈

PUSH {LR} @将 LR 进行压栈

POP {LR} @先恢复 LR

POP {R0~R3,R12} @在恢复 R0~R3,R12

2.4 跳转指令

跳转操作通常可以使用跳转指令 B、BL、BX；也可以直接往 PC 寄存器中写值，下面详细介绍一下汇编指令

|--------------|-------------------------------------------------------------|
| 指令 | 描述 |
| B <label> | 跳转到label ，如果跳转了超过 +、- 2KB ，可以指定 B.W <label>指令使用32位版本的跳转指令 |
| BX <Rm> | 间接跳转，跳转到存放在 Rm 中的地址处，并切换指令集 |
| BL <label> | 跳转到标号位置，并将返回地址保存在 LR 中 |
| BLX <Rm> | 结合 BX 和 BL的特点，跳转到 Rm 指定的地址，并将返回地址保存到 LR 中，切换指令集 |

2.4.1 B指令

B指令会将 PC 寄存器的值设置为跳转目标地址，但是不会再返回原来的执行处

_start:

dr sp,=0X80200000 @设置栈指针

b main @跳转到 main 函数

在汇编中初始化C运行环境，然后跳转到C语言的main函数处

2.4.2 BL指令

BL指令相较于 B指令，在跳转之前会在寄存器 LR（R14）中保存当前PC寄存器的值，所以可以通过 LR 寄存器恢复现场

push {r0, r1} @保存 r0,r1

cps #0x13 @进入 SVC 模式，允许其他中断再次进去

bl system_irqhandler @加载 C 语言中断处理函数到 r2 寄存器中

cps #0x12 @进入 IRQ 模式

pop {r0, r1}

str r0, [r1, #0X10] @中断执行完成，写 EOIR