硬件开发2-汇编2(ARMv7-A)

一、指令

1、b**(Branch)**

原型:B<c> <label>

作用:实现无条件跳转,常用于不返回的跳转场景

特点:仅跳转到目标地址,不保存返回地址

示例:b reset ;跳转到reset标号处执行

2、bl**(Branch with Link)**

原型: BL<label>

作用:硬件自动将返回地址(PC+4PC+2)存入 LR (带链接的跳转,用于子程序调用,跳转前将返回地址(PC+4)保存到链接寄存器 LR(R14))

特点:子程序执行完毕后可通过 mov pc, lrbx lr 返回调用点

示例:

注意事项:一个嵌套可用,大于两个嵌套以上,需要搭配栈来使用(用法如下)

3、bx lr

原型:BX{<cond>} <Rm>

作用:将程序计数器(PC)设置为链接寄存器(LR/R14)中保存的地址,实现函数返回

特点:BX LR 将 LR 的值加载到 PC,恢复原程序流

示例:

4、stmdb 压栈

原型:STMDB<c><Rn>{!},<registers>

作用:保护现场/恢复现场(压栈/弹栈)

压栈操作,ARM通常默认采用满递减栈,栈指针先减后存或先读后增

参数:

  • <Rn> 是栈顶指针寄存器,通常为栈指针 SP(R13),指向当前栈顶位置

  • ! 后缀的作用:

    • 不加!:仅按指令操作存储数据,不更新基址寄存器(SP 的值不变)
    • 加! :存储完成后,自动更新基址寄存器(SP = SP - 4*NN 为寄存器数量)
      • 压栈保存寄存器,同时更新栈指针
  • <registers> 的存储规则(入栈出栈的寄存器列表):

    • 存储顺序:寄存器按编号从大到小依次存储(如 R3R2R1R0

    • 内存地址:基址先递减,再存储

使用要点 : 栈顶指针寄存器初始化
mov sp, #0x40001000 : 报错非立即数
ldr sp, =0x40001000
魔术棒 -> Target->IRAM1:#0x40000000 size:0x1000

示例:

5、ldmfd 弹栈

原型:LDMFD{<cond>} SP!, {<registers>}

作用:恢复现场

从栈中按低地址到高地址依次加载恢复数据到寄存器,并递增栈指针(弹栈方向与压栈相反)

用法:类似stmdb

示例:同上

6、ldr 普通加载数据

原型:LDR<c> <Rt>, <label>

作用:加载非立即数寄存器中(初始化寄存器 、加载常量数据)

特点:

  • 用于加载 32 位立即数(ARM 指令不能直接加载 32 位立即数,ldr = 是一种伪指令)

示例:

ldr r0, =0x40001000 ; 将地址 0x40001000 存入 r0

7、ldr 类(*p)操作

原型:

作用:从 内存地址 加载数据到寄存器(类指针操作)

特点:对应的是C语言中的 *p(指针解引用)

示例:

--- ldr r0, [r1] ; 将 r1 指向的内存数据加载到 r0

--- ldr r0, [r1, #4] ; r0 = *(r1 + 4)

ldr r0, [r1, r2] ; r0 = *(r1 + r2)

ldr r0, [r1, r2, LSL #2] ; r0 = *(r1 + (r2 << 2))

ldr r0, [r1], #4 ; r0 = *r1; r1 += 4 (后索引)

ldr r0, [r1, #4]! ; r0 = *(r1 + 4); r1 += 4 (前索引并更新基址)

二、汇编调用C语言

1、流程

(1) 创建main.c

(2) 在main中声明将要在filename.s文件中将要使用的文件 extern void c_add(void);

(3) 导入 import +文件名; (keil当中要求)导出文件文件用export +文件名

(4) 保护现场 bl函数调用 恢复现场

(5) 解决编译报错:

asm.axf: Error: L6238E: start.o(reset) contains invalid call from '~PRES8 (The user did not require code to preserve 8-byte aligment of 8-byte data objects)' function to 'REQ8 (Code was permitted to depend on the 8-byte aligment of 8-byte data items)' function c_add. asm.axf: Finished: 0 information, 0 warning and 1 error messages.

解决办法:在.s文件开头 写上

栈对齐伪指令:preserve8用于确保函数调用时栈指针保持 8 字节对齐

(6) 创建工程自动添加了启动代码报错

(7)重设软件配置 ---(魔术棒)

  • 魔术棒 -> Debug -> Use Simulator->Run to main(取消)
  • 魔术棒 -> Linker -> Use Memory Layout from Taget Dialog(勾选)
  • 魔术棒 -> Taget -> ROM1 -> Start: 0x0 Size:0x2000

(8)函数传参:基本参数只能传递四个超出部分需采用压栈传递

例:

main.c

start.s

2、 ARM的7种异常类型

异常类型 触发条件 进入模式 优先级
复位(Reset) 上电或硬件复位 管理模式(SVC) 1(最高)
数据中止(Data Abort) 非法内存访问(如缺页) 中止模式(ABT) 2
快速中断(FIQ) 高优先级外设中断(如DMA) FIQ模式 3
普通中断(IRQ) 常规外设中断(如定时器) IRQ模式 4
预取中止(Prefetch Abort) 指令预取失败 中止模式(ABT) 5
软件中断(SWI/SVC) SVC 指令触发(系统调用) 管理模式(SVC) 6
未定义指令 执行未知指令 未定义模式(UND) 7(最低)

3、ARM汇编调用C函数

(1)前4个参数:依次通过寄存器 R0R1R2R3 传递。

(2)超过4个参数:剩余参数按从右向左的顺序压栈(栈内存传递)。

(3)返回值:

32位整数:通过 R0 返回。

64位整数:通过 R0(低32位)和 R1(高32位)返回。

浮点数:通过 S0(单精度)或 D0(双精度)返回

三、ARM 裸机开发环境搭建

;标准伪指令

preserve8 ;

area reset, code, readonly

code32

entry

;<1>

ldr pc, =start_hander ; 复位异常(Reset)

ldr pc, =undefine_hander ; 未定义指令异常

ldr pc, =software_hander ; 软件中断(SWI/SVC)

ldr pc, =prefetch_hander ; 预取中止异常

ldr pc, =data_hander ; 数据中止异常

nop ; 保留位(ARMv5+)

ldr pc, =irq_hander ; 普通中断(IRQ)

ldr pc, =fiq_hander ; 快速中断(FIQ)

undefine_hander

b undefine_hander

import software_vector

software_hander

stmfd sp!, {r0-r12, lr} ; 保存寄存器现场

bl software_vector ; 调用C函数处理SWI

ldmfd sp!, {r0-r12, pc}^ ; 恢复现场并返回(^表示恢复CPSR)

;注意:此处使用^修饰符,表示同时将SPSR恢复到CPSR(用于模式切换)

;默认异常处理均为死循环,实际项目中需替换为具体逻辑

prefetch_hander

b prefetch_hander ; 预取中止死循环

data_hander

b data_hander ; 数据中止死循环

irq_hander

b irq_hander ; IRQ死循环

fiq_hander

b fiq_hander ; FIQ死循环

;SWI触发函数

export asm_swi_fun

asm_swi_fun

swi #7 ;触发软件中断(编号7)

bx lr ;返回调用者

start_hander ;(主开始位置)

ldr sp, =0x40001000 ; 设置栈指针初始位置<2>

import main ; 声明外部C入口函数

;切换处理器模式到用户模式(CPSR.M[4:0] = 0x10),并启用中断(清除I-bit)<3>

mrs r0, cpsr ; 读取CPSR

bic r0, r0, #(0x1F << 0) ; 清除模式位

bic r0, r0, #(1 << 7) ; 清除中断禁止位(I-bit)

orr r0, r0, #(0x10 << 0) ; 设置为用户模式(0x10)

msr cpsr_c, r0 ; 写回CPSR

;重新设置用户模式

ldr sp, =0x40001000 ; 重新设置栈指针

sub sp, sp, #1024 ; 预留栈空间(1KB)

b main ; 跳转到C的main函数

end

知识点:

1、中断向量表

位置:必须位于0x00000000地址(或可通过VBAR重定位)

组成:8个32位条目,按固定顺序对应不同异常类型

跳转方式

ldr pc, =handler:支持全地址范围跳转

b handler:仅支持±32MB范围跳转

2、栈设置:

在进入用户模式前,先设置一次栈(ldr sp, =0x40001000),这是为了在切换模式前确保栈有效(因为不同模式有各自的SP寄存器)

切换到用户模式后,再次设置栈指针并预留空间(sub sp, sp, #1024),避免用户程序栈溢出破坏其他数据

3、ARM处理器中 CPSR(当前程序状态寄存器)的模式位

模式值(十六进制) 模式名称 英文全称 用途说明
0x10 用户模式 User Mode 运行普通应用程序的非特权模式,无法直接访问硬件资源或执行特权指令。
0x11 FIQ模式 Fast Interrupt Mode 处理高速中断(FIQ),有专用的寄存器(R8-R14_fiq),用于低延迟中断响应。
0x12 IRQ模式 Interrupt Mode 处理普通中断(IRQ),比 FIQ 优先级低,用于一般外设中断。
0x13 SVC模式 Supervisor Mode 操作系统内核模式(如 Linux 的 Kernel Mode),用于处理软件中断(SWI/SVC)。
0x17 Abort模式 Abort Mode 当发生内存访问异常(如缺页或权限错误)时进入此模式。
0x1B Undef模式 Undefined Mode 当执行未定义指令时触发,用于模拟浮点指令或扩展指令集。

特权级别:

特权模式(0x11-0x1B):可以访问所有系统资源和 CPSR 寄存器

非特权模式(0x10):限制访问硬件和关键寄存器

典型应用场景:

用户程序运行在 User Mode(0x10)

操作系统通过 SVC 指令触发 SVC Mode(0x13)执行系统调用

硬件中断自动切换至 IRQ/FIQ Mode(0x12/0x11)

模式切换权限:

只有特权模式(如 SVC)才能修改 CPSR 的模式位,用户模式尝试修改会触发异常。

模式自动切换:

中断/异常发生时,处理器会自动切换到对应模式(如 IRQ → 0x12)。

寄存器组差异:

某些模式(如 FIQ)有专用寄存器(R8-R14_fiq),可加速中断处理

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