嵌入式学习day46-硬件—汇编

1. 保护现场（压栈）

保护现场的核心思想是 将寄存器的内容保存到栈中，确保在执行函数调用或处理中断时，能够保存当前的上下文（如寄存器值），等到处理完后恢复。

常见步骤：

将重要寄存器压入栈中：
- 通常会保存 R0-R12 （通用寄存器），以及 LR （链接寄存器）和 CPSR（当前程序状态寄存器）。
- 通过 STMFD（Store Multiple Full Descending）指令将多个寄存器压入栈中。
保存现场：
- 执行 STMFD 或 PUSH 指令，将寄存器的值保存到栈中。
示例：保护现场并保存寄存器：
复制代码
asm

STMFD SP!, {R0-R12, LR} ; 将 R0-R12 和 LR 保存到栈中，SP 自减

解释：
- STMFD 表示 Store Multiple Full Descending，将多个寄存器存储到栈中。
- SP! 表示栈指针自减，即将栈向低地址方向增长。
- {R0-R12, LR} 表示保存寄存器 R0 到 R12，以及链接寄存器 LR。
注意：
- ARM 中的栈是全递减栈（Full Descending Stack），即每次操作栈时，栈指针会先自减，然后存取数据。栈向低地址方向增长。

2. 恢复现场（弹栈）

恢复现场是将压入栈中的寄存器值恢复回寄存器中，从而保证程序在保护和恢复后能继续执行原来的操作。恢复现场的步骤通常会在函数执行完毕或者中断处理完后执行。

常见步骤：

将寄存器从栈中弹出：
- 使用 LDMFD（Load Multiple Full Descending）指令从栈中恢复多个寄存器的值。
恢复现场：
- 执行 LDMFD 或 POP 指令，将栈中的值恢复到相应的寄存器。
示例：恢复现场并恢复寄存器：
复制代码
asm

LDMFD SP!, {R0-R12, LR} ; 从栈中恢复 R0-R12 和 LR 的值

解释：
- LDMFD 表示 Load Multiple Full Descending，从栈中加载多个寄存器的值。
- SP! 表示栈指针自增，即恢复栈指针。
- {R0-R12, LR} 表示恢复寄存器 R0 到 R12 和 LR 的值。
注意：
- ARM 中的 弹栈操作 和 压栈操作 一致，也是全递减栈。

LDR 用于从内存加载数据到寄存器。
STR 用于将寄存器的值存储到内存中。

1. ARM 汇编调用 C 语言函数及 C 语言调用汇编函数的参数和返回值处理

在 ARM 汇编和 C 语言混合编程中，函数调用是通过标准的调用约定（calling convention）进行的。ARM 体系结构的标准调用约定是 ARM EABI（Embedded Application Binary Interface），它定义了函数参数、返回值以及寄存器的使用规则。

ARM 汇编调用 C 语言函数

函数参数传递：
- ARM 汇编中的函数调用遵循 ARM EABI 约定，函数参数通过寄存器传递。前四个参数使用寄存器 r0 到 r3 传递，如果有更多参数，则通过栈传递。
- 示例：
  - r0 传递第一个参数
  - r1 传递第二个参数
  - r2 传递第三个参数
  - r3 传递第四个参数
  - 之后的参数通过栈传递。
返回值：
- C 语言函数的返回值通常存储在寄存器 r0 中。函数执行完后，返回值通过 r0 返回给调用者。
调用过程：

汇编中通过 bl (Branch with Link) 指令调用 C 语言函数。bl 会将当前地址保存到 lr（Link Register）中，返回时会从 lr 中恢复。

示例：假设调用一个 C 语言函数 c_add，则汇编代码会像这样

复制代码

ldr r0, =a   ; 加载参数 a
ldr r1, =b   ; 加载参数 b
bl c_add     ; 调用 C 语言函数

返回时，C 函数的返回值会存放在 r0 中，汇编可以通过 r0 读取返回值。

C 语言调用汇编函数

函数参数传递：
- C 语言中的函数调用会将参数传递给汇编函数，C 函数遵循 ARM EABI 约定，前四个参数也通过寄存器 r0 到 r3 传递。
- 示例：C 函数中传递参数给汇编函数 asm_func：
  复制代码
```
asm_func(a, b);
```
  汇编中的 asm_func 定义如下：
  复制代码
```
asm_func:
    mov r0, r0   ; 将传递的第一个参数保存到 r0
    mov r1, r1   ; 将传递的第二个参数保存到 r1
    ...
    bx lr        ; 返回
```
  asm_func: mov r0, r0 ; 将传递的第一个参数保存到 r0 mov r1, r1 ; 将传递的第二个参数保存到 r1 ... bx lr ; 返回
返回值：
- 汇编函数的返回值也通过 r0 寄存器传递给 C 语言函数。
- C 函数会根据汇编函数的返回值做相应处理。
调用过程：
- C 语言使用标准函数调用方式，传递参数并接收返回值。ARM 汇编函数使用 bx lr 指令返回，lr（Link Register）存储了调用时的返回地址。

2. ARM 内核中的异常及其工作模式

ARM 内核支持多种类型的异常（exception），这些异常使得处理器切换到不同的工作模式，以处理硬件或软件中断。

ARM 内核中的几种异常：

Reset Exception（复位异常）：
- 当处理器上电或复位时，会触发复位异常，处理器进入 Reset 模式。
- 该异常是处理器启动时的第一个异常，用于初始化系统。
Undefined Instruction Exception（未定义指令异常）：
- 当处理器遇到一个未定义的指令时，会触发此异常。
- 处理器进入 Undefined 模式。
Software Interrupt Exception（软件中断异常，SWI）：
- 由软件发出的 swi 指令触发，通常用于系统调用或用户请求服务。
- 处理器进入 Supervisor 模式。
Prefetch Abort Exception（预取中止异常）：
- 当处理器尝试访问一个无效的指令地址时，触发预取中止异常。
- 处理器进入 Abort 模式。
Data Abort Exception（数据中止异常）：
- 当处理器尝试访问一个无效的数据地址时，触发数据中止异常。
- 处理器进入 Abort 模式。
IRQ (Interrupt Request) Exception（外部中断请求异常）：
- 当外部硬件或外部设备触发中断时，处理器响应此异常。
- 处理器进入 IRQ 模式。
FIQ (Fast Interrupt Request) Exception（快速中断请求异常）：
- 与 IRQ 异常类似，但它是为高优先级中断设计的，处理速度较快。
- 处理器进入 FIQ 模式。
SWI (Software Interrupt) Exception（软件中断异常）：
- 当执行 swi 指令时，触发此异常。它通常用于系统调用或程序控制流。
- 处理器进入 Supervisor 模式。

ARM 异常导致的工作模式切换：

ARM 处理器在遇到不同类型的异常时，会根据异常的种类切换到不同的工作模式（Mode）。这些模式如下：

User Mode（用户模式）：
- 用户程序执行时的默认模式。具有最小的权限，不能访问受保护的资源。
FIQ Mode（快速中断模式）：
- 用于处理快速中断（FIQ），具有高优先级和快速响应能力。
IRQ Mode（普通中断模式）：
- 用于处理外部中断（IRQ），优先级低于 FIQ，但高于 User Mode。
Supervisor Mode（管理模式）：
- 用于处理软件中断（SWI）等操作，具有更高的权限。
Abort Mode（中止模式）：
- 用于处理数据或指令访问错误，处理器会在此模式下处理访问异常。
Undefined Mode（未定义模式）：
- 当遇到未定义指令时切换到此模式，用于处理无法识别的指令。
System Mode（系统模式）：
- 处理器处于操作系统级别的模式，通常用于管理系统资源，权限最高。