ARM嵌入式学习（七）--- 汇编基础（数据指令、函数调用原理、中断原理）

🔹 Rd ------ 目标寄存器 (Destination Register)

含义：存放指令运算结果的寄存器。

特点：通常是第一个参数。

例子：ADD R0, R1, R2 中的 R0 就是 Rd。意思是"把运算结果保存在 R0 里"。

🔹 Rn ------ 第一操作数寄存器 (First Operand Register)

含义：存放第一个参加运算的数值的寄存器。

特点：它是源操作数，是运算的基础数据。

例子：ADD R0, R1, R2 中的 R1 就是 Rn。意思是"用 R1 的值加上别的数"。

🔹 Operand2 ------ 第二操作数 (Second Operand)

含义：第二个参与运算的数据。它非常灵活，这也就是图片里提到的"桶型移位器"的威力所在。

特点：它不一定是 一个固定的数字，也不一定只是一个寄存器，它可以是一个经过移位处理的寄存器值。

三种形式：

立即数 ：一个常数。例如 ADD R0, R1, #5 中的 #5 。（**指令中自带的常量，**读取速度最快，因为CPU执行到这条指令时，数据已经"在手边"了）

寄存器 ：直接使用另一个寄存器的值。例如 ADD R0, R1, R2 中的 R2。

移位寄存器 ：先把一个寄存器的值进行移位（左移、右移等），然后再参与运算。这是 ARM 的特色。例如 ADD R0, R1, R2, LSL #2，意思是先把 R2 的值左移2位（相当于乘以4），再加上 R1 的值，最后存到 R0。

1.ADD/ADC：

ADD（不更新标志位），以及ADDS（更新标志位但不进位）

add r0, r0, r1 ;汇编中的注释用；号表示,

;把r1和r0的值加起来然后存到r0寄存器中

ADC（进位，CPSR的进位C会更新）

如果是32位的寄存器要计算0x1 ffff ffff 和0x 04的加法运算：

bash 复制代码

mov r0 #0x1
mov r1,#0xffffffff
mov r2,#0
mov r3,#4
adds r5, r1, r3
adc r4, r0, r2

这里ADDS指令执行后，CPSR中的进位C更新了，然后ADC指令会读取CPSR中的进位C加到当前的寄存器中

2.SUB

和add一样，减法运算，也有subs和sbc

3.AND/ORR/EOR

and按位与：

对 Rn 和 Operand2 的每一位进行与运算，结果存到rd中

and rd,rn,operand2

orr按位或

对 Rn 和 Operand2 的每一位进行或运算，结果存到rd中

orr rd,rn,operand2

eor按位异或

对 Rn 和 Operand2 的每一位进行异或运算，结果存到rd中

eor rd,rn,operand2

5.BIC

效果：按位清除，用 Operand2 中为1的位去清除 Rn 中对应的位（将那些位强制变为0）

bic rd, rn, #0x0F → 将 rn 的低4位清零（无论原来是0还是1），其余位保持不变，结果存入 rd。

6.MOV/MVN/LDR

指令	核心作用	示例
`MOV`	将数据原样复制到目标寄存器	`MOV R0, #0x0F` → R0的值变为 0x0F
`MVN`	将数据按位取反（Bitwise NOT）后再传送到目标寄存器	`MVN R0, #0x0F` → R0的值变为 0xFFFFFFF0 (即~0x0F)
LDR	加载任意 32 位立即数	ldr sp, =0x40001000

arm中MOV可以加载0x0-0xFF范围的立即数，但超过这个范围就需要一些规则来存，比如，MOV指令不能直接加载像0x40001000这样的大数值，这是因为ARM的MOV指令对立即数有严格的编码限制。一旦你尝试使用超出范围的立即数，汇编器就会报错（报警）。而LDR伪指令则专门用来解决这个问题。

7.CMP

cmp比较（结果放在CPSR，所以c语言中if的条件判断结果都是放在CPSR中）

通过cmp加上条件码，我们就可以实现c语言的if语句和switch语句

比如我想判断r0和r1的大小然后把数据填入r2中，把条件码写到mov后即可：

如果是多个条件怎么实现呢，结果是再cmp中嵌套cmp，举个例子（这个例子的代码逻辑有问题，但能看懂if的多条件在汇编中怎么实现的就行）

8.B

类似于c语言中的goto

用这个可以实现函数的调用和c语言中的while语句

b后面也可以跟条件码，这是一个1-100的累加，加到第100个数跳出循环

三、函数的调用原理

调用函数，就必须了解arm中的SP寄存器

在 ARM 汇编中，入栈和出栈通常使用 STM （Store Multiple）和 LDM （Load Multiple）指令，配合 FD （Full Descending）后缀，再加上一个 感叹号（!） 来控制堆栈指针（SP）的更新。下面我们详细拆解。

1. ARM 的堆栈类型

ARM 支持多种堆栈模式，但嵌入式开发中最常用的是 满递减堆栈（FD, Full Descending）：

满：SP 指向最后压入的数据（即栈顶）。
递减：压栈时 SP 向低地址移动（先减后存），出栈时向高地址移动（先取后加）。

因此，ARM 专门设计了 STMFD 和 LDMFD 指令来完美匹配这种堆栈操作。

2. STMFD 与 LDMFD 指令

2.1 STMFD ------ 入栈（Push）

语法：STMFD SP!, {寄存器列表}
功能：将寄存器列表中的内容按顺序压入堆栈，并更新 SP。
实际动作（满递减栈）：
1. 从高地址到低地址依次将寄存器存入 SP 指向的地址。
2. 每次存一个寄存器前，SP 先减 4（因为 ARM 是 32 位，一个寄存器占 4 字节）。
3. 存入后 SP 指向新的栈顶。
4. 感叹号表示将最终 SP 的值写回 SP 寄存器。

2.2 LDMFD ------ 出栈（Pop）

语法：LDMFD SP!, {寄存器列表}
功能：将堆栈中的数据弹出到寄存器列表，并更新 SP。
实际动作（满递减栈）：
1. 从当前 SP 指向的地址读取数据到寄存器。
2. 每读一个寄存器，SP 加 4。
3. 全部读完，SP 指向新的栈顶（即原来栈顶之上的位置）。
4. 感叹号同样表示更新 SP。

3. 感叹号（!）的作用

感叹号 称为 "写回" （Write-back）标志，表示在完成数据传输后，将计算出的最终地址写回基址寄存器（这里就是 SP）。

如果没有 !，则 SP 在入栈或出栈后不会自动改变 ，这在需要重复使用同一块栈空间时有用，但堆栈操作通常必须更新 SP，所以 ! 是必不可少的。

例如：

STMFD SP, {R0-R3} → 将寄存器压栈，但 SP 不变（危险，下次压栈会覆盖）。
STMFD SP!, {R0-R3} → 压栈后 SP 自动向下移动 4×4 = 16 字节，指向新的栈顶。

4. 初始化栈sp寄存器（满递减栈）：

ldr sp, =0x40001000（SP通常要求8字节对齐（AAPCS标准））

栈底为 0x40000000，那么栈空间大小就是 0x1000 字节

5.栈使用（函数调用原理）

（1）调用原理（栈SP寄存器）：

进入函数后保存当前状态：入栈r4-r12的值以及lr

函数执行完毕后恢复状态：出栈r4-r12的值，以及把lr的值出栈到pc上

（2）参数传递：

ARM 调用约定（ATPCS）规定：

前 4 个参数通过 R0 ~ R3 传递。

第 5 个及之后的参数通过栈传递，并且由调用者负责在调用前将参数压栈，调用后负责恢复栈指针（一般由调用者平衡栈）。

如：

总结超过四个参数后，调用函数会自动往栈上去找值

（3）跨文件汇编和c语言于、汇编混合编译：

汇编文件需要用到C语言的函数：

要在汇编文件里面导入：

import c_add（函数名）

c语言文件要用汇编的函数：

首先在汇编文件导出

export asm_add（函数名）

然后在c文件中声明这个函数再调用：

int asm_add(int x, int y);

这个函数声明你随便任意类型都行，甚至多个参数都可以，但是实现的功能只能是汇编中写的

C跟汇编混合编程时需要字节对齐，头部要加preserve8

四、更改工作模式

使用MRS和MSR指令

_fields是域：即图中的四块区域f,s,x,c

注意不同的工作模式下SP是独立的，所以进入USR模式后要把sp寄存器的值重新给一下

复制代码

start							 ;主程序 
	ldr sp, =0x40001000			 ;初始化栈指针
	mrs r0, cpsr				  ;将当前程序状态寄存器（CPSR）的值读取到通用寄存器 r0
	bic r0, r0, #0x1f			   ;将 r0 的低 5 位清零（0x1F = 31）。低 5 位是 CPSR 的模式位（M[4:0]），这一步是清除当前模式
	orr r0, r0, #0x10			   ;将 r0 的低 5 位设置为 10000（二进制），即 用户模式（User Mode）的编码。
	msr cpsr_c, r0					;将 r0 的值写入 CPSR 的控制域（c 表示控制域，包含模式位、中断使能位等）
    ldr sp, =0x40000c00			   ;为用户模式设置一个新的栈指针 sp

示例代码中工作模式为USER

五、中断原理（异常处理）

1.使用swi 软中断，会进入异常向量表

swi可以带入参数如：swi #3、swi #7

这里要说明一下，进入向量表后，PC会跳转到相应的地址：

所以在b start的后面不能有任何其他无关指令，修改示例为（nop为任意函数或指令）：

bash 复制代码

	preserve8
	area reset, code, readonly
	code32
	entry

	b start   	;reset这里是0x00
	nop			;undef这里是0x04,依次往下4个字节
	b deal_swi 	;swi
	nop			;pre abort
	nop			;data abort
	nop			;reserved
	nop			;irq
	nop			;fiq

start
	ldr sp, =0x40001000	
	mrs r0, cpsr	
	bic r0, r0, #0x1f
	orr r0, r0, #0x10
	msr cpsr_c, r0
    ldr sp, =0x40000c00

2.中断函数：

这里的swi我传入了参数7，进入函数后会处理这个SWI

swi的中断向量表位置我们使用函数来表达，在里面处理这个数据把参数提取出来（因为数据和指令混合在一起的）

bash 复制代码

deal_swi
    stmfd sp!, {r4-r12, lr}          ; 保存现场
    sub r0, lr, #4                   ; 计算 SWI 指令的地址
    ldr r1, [r0]                     ; 读取 SWI 指令本身
    bic r0, r1, #(0xff << 24)        ; 提取低 24 位（SWI 号）
    import c_deal_swi                ; 声明外部 C 函数
    bl c_deal_swi                    ; 调用 C 函数，参数在 r0 中
    ldmfd sp!, {r4-r12, pc}^         ; 恢复现场并返回，同时切换模式

我们详细讲解这个函数是如何提取swi的参数的：

2.1 计算 SWI 指令的地址

复制代码
sub r0, lr, #4

当 SWI 异常发生时，处理器会自动将 返回地址 存入当前模式的 lr 寄存器中。对于 SWI 异常，lr 中存放的是 SWI 指令的下一条指令地址。
为了获得 SWI 指令本身，只需要将 lr 减去 4 即可，因为 ARM 指令长度固定为 4 字节。
执行后，r0 中保存了 SWI 指令的内存地址。

2.2 读取 SWI 指令

复制代码
ldr r1, [r0]

从 r0 指向的内存地址（即 SWI 指令所在位置）读取一个 32 位的指令字，存入 r1。

2.3 提取 24 位软件中断号

复制代码
bic r0, r1, #(0xff << 24)

最后r0寄存器就存入了我们的中断号7，这时候再设计一个switch函数来判断中断号并执行相对于的语句就是我们熟悉的c语言中的中断服务函数了

2.4 恢复现场并返回（`^` ）的作用

复制代码
ldmfd sp!, {r4-r12, pc}^

^ 后缀 的作用：
- 当 pc 在寄存器列表中且使用 ^ 时，除了从堆栈中恢复 pc（即返回地址）外，还会将当前模式的 SPSR 自动恢复到 CPSR（上一篇文章的异常处理过程）
- 这实现了从异常模式（如 SVC 模式）返回到中断发生前的模式（如用户模式或系统模式），同时恢复处理器状态标志、中断使能位等。
如果没有 ^，则仅仅将 pc 弹出，但不恢复 CPSR，这会导致返回后仍处于异常模式，且状态标志可能错误。

因此，这一条指令完成了：

恢复 r4~r12 的原始值。
从堆栈中弹出返回地址给 pc，跳回原程序。
同时将 SPSR 恢复到 CPSR，完成模式切换和状态恢复。

六、补充

注意：代码段area reset中的reset不要和其他的汇编文件重名了，会报错

本文没有讲解全部的数据指令，这里简单列出：

ARM嵌入式学习（七）--- 汇编基础（数据指令、函数调用原理、中断原理）

一、C语言基础

1.数据类型

2.变量类型

补充知识点：

二、汇编数据处理指令

🔹 `Rd` ------ 目标寄存器 (Destination Register)

🔹 `Rn` ------ 第一操作数寄存器 (First Operand Register)

🔹 `Operand2` ------ 第二操作数 (Second Operand)

1.ADD/ADC：

2.SUB

3.AND/ORR/EOR

5.BIC

6.MOV/MVN/LDR

7.CMP

8.B

三、函数的调用原理

1. ARM 的堆栈类型

2. STMFD 与 LDMFD 指令

2.1 STMFD ------ 入栈（Push）

2.2 LDMFD ------ 出栈（Pop）

3. 感叹号（!）的作用

4. 初始化栈sp寄存器（满递减栈）：

5.栈使用（函数调用原理）

（1）调用原理（栈SP寄存器）：

（2）参数传递：

（3）跨文件汇编和c语言于、汇编混合编译：

汇编文件需要用到C语言的函数：

c语言文件要用汇编的函数：

C跟汇编混合编程时需要字节对齐，头部要加preserve8

四、更改工作模式

五、中断原理（异常处理）

1.使用swi 软中断，会进入异常向量表

2.中断函数：

2.1 计算 SWI 指令的地址

2.2 读取 SWI 指令

2.3 提取 24 位软件中断号

2.4 恢复现场并返回（`^` ）的作用

六、补充

ARM嵌入式学习（七）--- 汇编基础（数据指令、函数调用原理、中断原理）

一、C语言基础

1.数据类型

2.变量类型

补充知识点：

二、汇编数据处理指令

🔹 Rd ------ 目标寄存器 (Destination Register)

🔹 Rn ------ 第一操作数寄存器 (First Operand Register)

🔹 Operand2 ------ 第二操作数 (Second Operand)

1.ADD/ADC：

2.SUB

3.AND/ORR/EOR

5.BIC

6.MOV/MVN/LDR

7.CMP

8.B

三、函数的调用原理

1. ARM 的堆栈类型

2. STMFD 与 LDMFD 指令

2.1 STMFD ------ 入栈（Push）

2.2 LDMFD ------ 出栈（Pop）

3. 感叹号（!）的作用

4. 初始化栈sp寄存器（满递减栈）：

5.栈使用（函数调用原理）

（1）调用原理（栈SP寄存器）：

（2）参数传递：

（3）跨文件汇编和c语言于、汇编混合编译：

汇编文件需要用到C语言的函数：

c语言文件要用汇编的函数：

C跟汇编混合编程时需要字节对齐，头部要加preserve8

四、更改工作模式

五、中断原理（异常处理）

1.使用swi 软中断 ，会进入异常向量表

2.中断函数：

2.1 计算 SWI 指令的地址

2.2 读取 SWI 指令

2.3 提取 24 位软件中断号

2.4 恢复现场并返回（^ ）的作用

六、补充

🔹 `Rd` ------ 目标寄存器 (Destination Register)

🔹 `Rn` ------ 第一操作数寄存器 (First Operand Register)

🔹 `Operand2` ------ 第二操作数 (Second Operand)

1.使用swi 软中断，会进入异常向量表

2.4 恢复现场并返回（`^` ）的作用