ARM嵌入式学习（二）---ARM 汇编与中断学习笔记

一、C语言基础知识

[二、ARM 汇编常用伪操作](#二、ARM 汇编常用伪操作)

[三、ARM 汇编源程序基本结构](#三、ARM 汇编源程序基本结构)

[四、ARM 指令集（六大类，核心重点）](#四、ARM 指令集（六大类，核心重点）)

[五、ARM 指令格式与符号说明](#五、ARM 指令格式与符号说明)

[1. 指令格式（通用格式）](#1. 指令格式（通用格式）)

六、数据处理指令与条件码

[1. 数据处理指令细节](#1. 数据处理指令细节)

[2. 条件码（核心重点）](#2. 条件码（核心重点）)

[七、ARM 函数调用原理（核心难点）](#七、ARM 函数调用原理（核心难点）)

[1. ARM 堆栈类型（延续之前栈结构知识）](#1. ARM 堆栈类型（延续之前栈结构知识）)

[2. 栈操作核心指令](#2. 栈操作核心指令)

[3. 栈的初始化与使用](#3. 栈的初始化与使用)

[4. 跨文件汇编与混合编程](#4. 跨文件汇编与混合编程)

[八、更改 ARM 工作模式](#八、更改 ARM 工作模式)

[九、中断原理（重点：SWI 软中断）](#九、中断原理（重点：SWI 软中断）)

[1. 软中断触发](#1. 软中断触发)

[2. 软中断处理函数核心步骤](#2. 软中断处理函数核心步骤)

一、C语言基础知识

1.数据类型

2.变量类型

**注：**定义一个变量，如果是全局的变量则默认就是0；如果是局部变量若不初始化为0，则默认是随机值。

二、ARM 汇编常用伪操作

伪操作是汇编源程序中用于辅助汇编、定义数据 / 符号的指令，不直接生成机器码，仅指导汇编器工作，常用核心伪操作：

数据定义伪操作：DCB（定义字节）、DCW（定义半字）、DCD（定义字），用于在内存中分配空间并初始化数据。
符号定义伪操作：EQU（等价定义，类似宏定义）、AREA（定义代码段 / 数据段）、ENTRY（指定程序入口）、END（指定程序结束）。
其他常用伪操作：ALIGN（字节对齐，混合编程必备）、EXTERN（声明外部符号，跨文件调用使用）、EXPORT（导出符号，供其他文件调用）。

三、ARM 汇编源程序基本结构

汇编源程序采用 "段式结构"，核心分为代码段和数据段，结构清晰、规范：

数据段（DATA）：用于存放常量、变量等数据，使用 AREA 伪操作定义，可通过数据定义伪操作初始化数据。
代码段（CODE）：用于存放汇编指令，是程序执行的核心，需指定 ENTRY 入口，END 结束，指令按执行顺序编写。
基本框架：先定义数据段，再定义代码段，明确入口地址，指令遵循 ARM 指令格式，配合伪操作完成程序编写。

四、ARM 指令集（六大类，核心重点）

ARM 指令集属于 RISC 精简指令集，指令简洁、执行效率高，按功能分为六大类，重点掌握指令功能与适用场景：

数据处理指令：核心指令，用于数据运算、逻辑操作，如 MOV（数据传送）、ADD（加法）、SUB（减法）、AND（与运算）、ORR（或运算）、CMP（比较）。
数据加载与存储指令：用于实现寄存器与内存之间的数据传输，如 LDR（从内存加载数据到寄存器）、STR（将寄存器数据存储到内存）。
分支指令：用于控制程序执行流程，如 B（无条件跳转）、BL（带返回的跳转，用于函数调用）、BX（跳转并切换指令集）。
堆栈操作指令：用于栈的压栈、出栈，如 STMFD（满栈递减压栈）、LDMFD（满栈递减出栈），是函数调用、现场保存的核心。
异常处理指令：用于触发异常、中断返回，如 SWI（软中断指令）、BX LR（中断 / 函数返回）。
协处理器指令：用于操作协处理器（如浮点协处理器），日常裸机开发中使用较少。

五、ARM 指令格式与符号说明

1. 指令格式（通用格式）

指令助记符 {条件码} 目标操作数, 源操作数1, 源操作数2

指令助记符：指令核心功能（如 ADD、MOV）。
条件码：可选，用于条件执行（如 EQ 相等、NE 不相等），满足条件时指令才执行。
操作数：多为寄存器（如 R0、R1），部分指令支持立即数（如 #0x10）、内存地址。

六、数据处理指令与条件码

1. 数据处理指令细节

核心功能：对寄存器中的数据进行算术、逻辑运算，运算结果通常存入目标寄存器。
重点指令：
- CMP R1, R2：比较 R1 和 R2，结果不存入寄存器，仅更新 CPSR 中的条件标志位（N、Z、C、V）。
- MOV R0, #0x01：将立即数 0x01 传送到 R0 寄存器。
- ADD R0, R1, R2：R0 = R1 + R2，运算后更新 CPSR 标志位。

2. 条件码（核心重点）

条件码基于 CPSR 中的标志位，实现指令的条件执行，常用条件码：

条件码	含义	标志位要求	常用场景
EQ	相等	Z=1	比较后相等时执行
NE	不相等	Z=0	比较后不相等时执行
GT	大于（无符号）	C=1 且 Z=0	无符号数比较大于时执行
LT	小于（无符号）	C=0 且 Z=0	无符号数比较小于时执行

示例：ADD EQ R0, R1, R2，仅当 Z=1（上一次比较相等）时，执行 R0=R1+R2。

七、ARM 函数调用原理（核心难点）

函数调用的核心是利用栈保存现场、传递参数、返回地址，结合 ARM 栈结构与指令实现，重点掌握以下内容：

1. ARM 堆栈类型（延续之前栈结构知识）

核心组合：减栈 + 满栈（ARM 默认），即压栈时 SP 向低地址递减，SP 指向栈中最后一个有效数据。
ARM 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）。

2. 栈操作核心指令

STMFD SP!, {R0-R3, LR}：满栈递减压栈，将 R0~R3（函数参数）、LR（返回地址）压入栈中，保存现场。
LDMFD SP!, {R0-R3, PC}：满栈递减出栈，将栈中数据恢复到 R0~R3、PC，恢复现场并返回。

3. 栈的初始化与使用

初始化栈 SP 寄存器：程序启动时，需指定栈的起始地址，将栈地址赋值给 SP（如 LDR SP, =0x80000000），确保栈有足够空间。
函数调用原理：
- 调用方：将函数参数存入 R0~R3（ARM 约定），使用 BL 函数名 跳转，BL 会自动将返回地址存入 LR。
- 被调用方：用 STMFD 压栈保存现场，执行函数逻辑，执行完成后用 LDMFD 出栈恢复现场，通过 BX LR 或出栈 PC 返回调用方。

4. 跨文件汇编与混合编程

跨文件汇编：通过 EXPORT 导出被调用函数 / 符号，EXTERN 声明外部函数 / 符号，实现不同汇编文件之间的调用。
C 语言与汇编混合编译：
- 汇编调用 C 函数：C 函数名需用 EXPORT 导出，汇编中通过 BL 函数名 调用，参数存入 R0~R3。
- C 调用汇编函数：汇编函数用 EXPORT 导出，C 中用 extern 声明，直接调用即可。
- 关键要求：混合编程时，需通过 ALIGN 伪操作实现字节对齐（通常 4 字节对齐），避免内存访问异常。

八、更改 ARM 工作模式

工作模式切换的核心是修改 CPSR 中的模式位（M [4:0]），结合指令实现，常用两种方式：

通过异常 / 中断触发：如 SWI 软中断、IRQ 外部中断，自动切换到对应特权模式（如 SVC、IRQ 模式）。
通过指令手动切换：在特权模式下，通过 MSR 指令修改 CPSR 的模式位，切换到目标模式（如从 SVC 模式切换到 User 模式）。

注意：只有特权模式才能手动切换工作模式，User 模式（非特权）无法修改 CPSR 模式位。

九、中断原理（重点：SWI 软中断）

中断是 ARM 处理器响应内部 / 外部事件的核心机制，本次重点学习 SWI 软中断（软件触发的中断），完整流程如下：

1. 软中断触发

通过 SWI #中断号 指令触发软中断（如 SWI #0x01），触发后处理器自动执行以下操作：

硬件自动保存现场：将当前 CPSR 存入 SVC 模式的 SPSR，将下一条指令地址存入 SVC 模式的 LR。
自动切换到 SVC 模式（管理模式），禁止 IRQ 中断（I=1）。
跳转到异常向量表的 SWI 异常入口地址（0x08），执行异常处理函数。

2. 软中断处理函数核心步骤

计算 SWI 指令地址：通过 LR 减去偏移量（因流水线影响），得到当前 SWI 指令的实际地址。
读取 SWI 指令：从计算出的地址中读取 SWI 指令（32 位）。
提取 24 位软件中断号：SWI 指令的低 24 位为中断号，通过指令运算提取（如屏蔽高 8 位）。
根据中断号执行对应处理逻辑：不同中断号对应不同的处理函数，实现多软中断区分。
恢复现场并返回：通过 LDMFD 出栈恢复 CPSR（从 SPSR）和 PC（从 LR 修正后），回到中断触发前的程序位置继续执行。

cs 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，切回用户模式，返回

逐行解释

1. `deal_swi`

这是 软中断异常处理函数的标签
当 CPU 执行到 SWI #xxx 时，硬件会自动跳转到这里执行

2. `stmfd sp!, {r4-r12, lr}`

功能：压栈保存现场

stmfd：满栈递减方式压栈（ARM 标准栈）
sp!：栈指针自动更新
{r4-r12, lr}：把这些寄存器全部压入栈
**为什么要保存？**因为进入软中断后，这些寄存器的值会被覆盖，不保存的话，回到用户程序时数据就乱了。
lr 这里保存的是：中断的返回地址

3. `sub r0, lr, #4`

功能：计算出真正的 SWI 指令地址

为什么要减 4？

因为 ARM 是 3 级流水线：

取指
译码
执行

当执行到 SWI 指令时，PC 已经指向下下一条指令硬件自动把返回地址存在 LR 里 = SWI地址 + 4

所以要得到 SWI 指令本身的地址，必须：

复制代码

SWI指令地址 = LR - 4

结果存在 r0。

4. `ldr r1, [r0]`

功能：读取 SWI 指令的 32 位机器码

r0 = SWI 指令的地址
[r0] = 取该地址的 32 位数据
读到 r1 中

这条指令读取到的是：

复制代码

0xEFXXXXXX   (SWI 指令的机器码)

高 8 位是操作码，低 24 位是我们写的 SWI #编号

5. `bic r0, r1, #(0xff << 24)`

功能：提取 SWI 指令的低 24 位中断号

bic：位清除指令
0xff <<24 = 高 8 位（11111111 00000000 ...）
作用：把高 8 位抹成 0，只保留低 24 位

最终：

复制代码

r0 = SWI中断号（0~2^24-1）

6. `import c_deal_swi`

告诉汇编器：c_deal_swi 是外部 C 语言函数，不是本文件的

7. `bl c_deal_swi`

跳转到 C 语言函数处理软中断

ARM 规则：

r0 存放第一个参数
所以 C 函数会收到 r0 = SWI 中断号

C 函数原型：

复制代码

void c_deal_swi(unsigned int swi_num);

8. `ldmfd sp!, {r4-r12, pc}^`

最重要一句：恢复现场 + 返回用户模式

逐部分解释：

① `ldmfd`

满栈递减出栈

② `sp!`

恢复栈指针

③ `{r4-r12, pc}`

恢复 r4~r12
把栈中保存的 LR 赋值给 PC
写 PC 就会实现 函数返回

④ 最后的 `^` 符号（关键！）

作用： 恢复 SPSR 到 CPSR 自动从 SVC 模式切回 USER 模式

没有这个 ^，中断返回后 模式不会切换，程序直接崩溃！

整段代码执行流程总结

进入软中断
压栈保存所有寄存器（防止破坏用户现场）
计算 SWI 指令地址（LR - 4）
读取 32 位 SWI 指令
提取低 24 位作为中断号
把中断号放入 r0，调用 C 函数处理
出栈恢复所有寄存器
用 ^ 符号恢复 CPSR，切回用户模式
跳回用户程序继续执行

一句话总结

这段代码就是软中断的标准底层处理：保存现场 → 取中断号 → 交给 C 语言处理 → 恢复现场并返回用户模式。

学习小结

今日重点掌握了 ARM 汇编伪操作、指令集、函数调用原理及 SWI 软中断机制，明确了汇编源程序结构、数据处理指令与条件码的使用，深入理解了栈在函数调用中的作用、混合编程的注意事项，以及软中断的完整处理流程。这些内容是 ARM 裸机开发、中断驱动编写的核心，需结合指令练习，巩固栈操作、现场保存与恢复的细节，为后续实操开发打下基础。

ARM嵌入式学习（二）---ARM 汇编与中断学习笔记

一、C语言基础知识

二、ARM 汇编常用伪操作

三、ARM 汇编源程序基本结构

四、ARM 指令集（六大类，核心重点）

五、ARM 指令格式与符号说明

1. 指令格式（通用格式）

六、数据处理指令与条件码

1. 数据处理指令细节

2. 条件码（核心重点）

七、ARM 函数调用原理（核心难点）

1. ARM 堆栈类型（延续之前栈结构知识）

2. 栈操作核心指令

3. 栈的初始化与使用

4. 跨文件汇编与混合编程

八、更改 ARM 工作模式

九、中断原理（重点：SWI 软中断）

1. 软中断触发

2. 软中断处理函数核心步骤

逐行解释

1. deal_swi

2. stmfd sp!, {r4-r12, lr}

3. sub r0, lr, #4

为什么要减 4？

4. ldr r1, [r0]

5. bic r0, r1, #(0xff << 24)

6. import c_deal_swi

7. bl c_deal_swi

8. ldmfd sp!, {r4-r12, pc}^

① ldmfd

② sp!

③ {r4-r12, pc}

④ 最后的 ^ 符号（关键！）

整段代码执行流程总结

一句话总结

学习小结

1. `deal_swi`

2. `stmfd sp!, {r4-r12, lr}`

3. `sub r0, lr, #4`

4. `ldr r1, [r0]`

5. `bic r0, r1, #(0xff << 24)`

6. `import c_deal_swi`

7. `bl c_deal_swi`

8. `ldmfd sp!, {r4-r12, pc}^`

① `ldmfd`

② `sp!`

③ `{r4-r12, pc}`

④ 最后的 `^` 符号（关键！）