嵌入式——ARM——汇编1

【ARM汇编学习笔记】ARMv7‑A汇编伪指令、常用指令、循环函数栈、C与汇编混合编程

📖今日学习：Keil4环境下ARM汇编，伪操作、数据处理指令、移位、比较跳转、循环、函数调用、栈操作、MRS/MSR读写CPSR，汇编和C语言互相调用。

🔍文章大纲

1. ARM汇编学习目的（启动代码作用）
2. 汇编伪操作（AREA、CODE32、ENTRY、END、PRESERVE8、IMPORT、EXPORT）
3. 常用汇编指令详解
4. CPSR状态寄存器 NZCV条件标志与条件码
5. 汇编实现循环（do‑while / while / for）
6. 函数调用、栈操作 STMFD / LDMFD（满递减栈）
7. C与汇编互相调用（AAPCS调用规约）
8. MRS / MSR读写程序状态寄存器，修改处理器工作模式
9. ✨学习重点汇总
10. ⚠️易错点踩坑记录
11. 📝今日学习小结

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1. ARM汇编学习目的

学习ARM汇编，主要是为了编写ARM启动代码 。

处理器复位之后，C语言环境还没有建立，CPU只能执行汇编指令。启动代码要完成如下工作：

1. 初始化异常向量表
2. 初始化各个处理器工作模式下的栈指针SP
3. 设置内核中断开关
4. 切换处理器工作模式为User用户模式
5. 搭建好C运行环境，跳转执行C语言main函数

我们学习汇编指令，全部围绕启动代码的上述需求展开。开发环境：Keil4，参考手册armV7A_V7R_architecture_reference_manual。

2. 汇编伪操作

伪操作不是CPU可执行指令，是给汇编器（编译器）看的命令，指导汇编器如何处理代码。

伪指令	作用说明
AREA reset,CODE,READONLY	定义段；段名reset，代码段，只读；复位代码放在该段
CODE32	后续代码编译为32位ARM指令集
THUMB	后续代码编译为16位Thumb指令集
ENTRY	标记程序入口点，复位从此处开始执行
END	汇编源文件结束标记，写在整个文件末尾
PRESERVE8	保持栈8字节对齐；汇编调用C函数必须加，解决L6238E链接报错
IMPORT	导入外部符号（外部C函数）
EXPORT	导出本汇编的符号，供C语言调用

示例段框架：

PRESERVE8
AREA reset, CODE, READONLY
CODE32
ENTRY

;此处写汇编代码

END

3. 常用汇编指令

指令后缀说明：

{S}：写S代表运算后更新CPSR的NZCV标志位 ；不带S不更新标志。

{<c>}：条件执行后缀，如BEQ、BNE，满足条件才执行指令。

3.1 MOV 数据传送指令

MOV{S}<c> <Rd>, #<const>        ;立即数传送到寄存器
MOV{S}<c> <Rd>, <Rm>           ;寄存器拷贝
MOV{S}<c> <Rd>,<Rm>,LSL #n     ;移位操作，移位0‑31位
;移位类型 LSL逻辑左移，LSR逻辑右移，ASR算术右移，ROR循环右移，RRX扩展循环右移

示例

mov r0,#0x8
mov r1,r0
mov r6,r0,lsl #31

注意：mov的立即数是12位立即数(imm12) ，不是任意数字都可以直接用#。

12位立即数判断规则 ：

把数字二进制展开，该数字能够通过8位原始数据，偶数次循环右移 得到。不能满足则为非法立即数，不能直接用mov，改用LDR Rd,=立即数。

3.2 ADD 加法指令

ADD{S}<c> <Rd>,<Rn>,#<const>        ;立即数
ADD{S}<c> <Rd>,<Rn>,<Rm>{,shift}   ;寄存器+移位寄存器

示例

mov r0,#0x0F
mov r1,#0xF0
add r6,r0,#0xF0
add r7,r0,r1
add r7,r0,r1,lsl #1

❌错误写法：add r0,#3,#2；ARM汇编不允许两个立即数相加，编译阶段由汇编器计算。

3.3 SUB 减法指令

SUB{S}<c> <Rd>,<Rn>,#<const>
SUB{S}<c> <Rd>,<Rn>,<Rm>{,shift}

3.4 MVN 按位取反传送

把源操作数按位取反后送入目标寄存器。

MVN{S}<c> <Rd>, #<const>
MVN{S}<c> <Rd>, <Rm>

3.5 BIC 位清除（把指定bit置0）

BIC{S}<c> <Rd>,<Rn>,#<const>
BIC{S}<c> <Rd>,<Rn>,<Rm>{,shift}

示例，把r0的bit31清零

mov r0,#0xFFFFFFFF
mov r1,#1
bic r2,r0,r1,lsl #31

3.6 ORR 按位或（指定bit置1）

ORR{S}<c> <Rd>,<Rn>,#<const>
ORR{S}<c> <Rd>,<Rn>,<Rm>{,shift}

示例，把bit31置1

mov r0,#0
mov r1,#1
orr r6,r0,r1,lsl #31

3.7 CMP 比较指令

CMP Rn,Rm 等价于执行SUBS Rn,Rm，只更新CPSR标志，不保存运算结果。

CMP<c> <Rn>,#<const>
CMP<c> <Rn>,<Rm>{,shift}

3.8 跳转指令 B / BL / BX

指令	功能
B label	无条件跳转，不保存返回地址
BL label	带链接跳转；把返回地址存入LR(R14)，用于函数调用
BX Rm	跳转到寄存器地址，可切换ARM/Thumb状态；BX LR实现函数返回

BL用于函数调用；BX LR用于函数返回。

3.9 LDR 伪加载指令

LDR Rd,=value，把任意32位立即数/标签地址加载到寄存器；解决mov立即数限制。

ldr sp,=0x40001000  ;设置栈指针，不能写 mov sp,#0x40001000（非法立即数）

3.10 批量内存访问 STMFD / LDMFD（栈操作）

ARM7默认使用FD满递减栈Full‑Descending，栈向低地址方向增长，SP指向有效栈顶。

• STMFD SP!,{r0‑r12,lr}：压栈，保存寄存器现场（!代表SP自动更新）

• LDMFD SP!,{r0‑r12,pc}：弹栈，恢复现场，直接跳转返回

  ;保护现场
  stmfd sp!,{r0‑r12,lr}

  ;恢复现场
  ldmfd sp!,{r0‑r12,pc}

3.11 MRS / MSR 读写状态寄存器CPSR/SPSR

普通指令不能直接访问CPSR，需要专用指令

MRS<c> Rd, spec_reg    ;读状态寄存器 CPSR/SPSR → Rd
MSR<c> spec_reg, Rn    ;把Rn写入状态寄存器

示例修改处理器模式位：

mrs r0,cpsr
bic r0,r0,#0x1F
orr r0,r0,#0x10
msr cpsr,r0

4. CPSR条件标志位 NZCV

CPSR的高4位N Z C V，算术指令带S后缀会更新标志，条件跳转指令依靠标志判断。

标志	位置	置1条件
N(负号)	bit31	运算结果为负数（有符号，结果最高位为1）
Z(零)	bit30	运算结果等于0
C(进位)	bit29	无符号加法产生进位；减法无借位；移位移出bit=1
V(溢出)	bit28	有符号数运算溢出（正数相加变负数，负数相加变正数）

常用条件码后缀：

• EQ：相等（Z=1）
• NE：不相等（Z=0）
• GT：有符号大于
• GE：有符号大于等于
• LT：有符号小于
• LE：有符号小于等于
• AL：无条件执行，指令默认

5. 汇编实现循环

do‑while循环（先执行后判断）

C语言

int i=0,sum=0;
do{
    sum += i;
    i++;
}while(i <=100);

ARM汇编

        mov r0,#0
        mov r1,#0
loop
        add r1,r1,r0
        add r0,r0,#1
        cmp r0,#100
        ble loop

while / for循环（先判断后执行）

C语言

int i=0,sum=0;
while(i<=100){
    sum +=i;
    i++;
}

ARM汇编

        mov r0,#0
        mov r1,#0
loop
        cmp r0,#100
        bgt finish
        add r1,r1,r0
        add r0,r0,#1
        b loop
finish
        b finish

6. 函数调用，栈帧与现场保护

1. BL func调用函数，自动把返回地址保存到LR(R14)
2. 如果函数内部还会调用别的子函数，LR会被覆盖，必须压栈保存LR
3. STMFD压栈保护用到的通用寄存器，函数返回前LDMFD弹栈恢复现场。
4. AAPCS调用规范：R0‑R3用作函数参数，R0存放返回值。

简单嵌套函数示例：

func0
    stmfd sp!,{r0‑r12,lr}  ;保护现场
    bl func1                ;调用子函数
    ldmfd sp!,{r0‑r12,pc}  ;恢复现场，返回

func1
    mov r0,#10
    mov r1,#20
    bx lr                   ;返回

7. C语言和汇编互相调用

7.1 汇编调用C函数

1. 汇编文件开头伪指令：PRESERVE8保证栈8字节对齐，解决L6238E链接报错

2. IMPORT c_add导入外部C函数符号

3. R0‑R3传递前4个参数；多于4个参数压入栈

4. BL跳转调用C函数；调用前做好寄存器现场保护。

   PRESERVE8
   AREA reset,CODE,READONLY
   CODE32
   ENTRY
   IMPORT c_add

   start
   ldr sp,=0x40001000
   stmfd sp!,{r0‑r12,lr}
   mov r0,#1
   mov r1,#2
   mov r2,#3
   mov r3,#4
   mov r4,#5
   stmfd sp!,{r4} ;第5个参数压栈
   bl c_add
   ldmfd sp!,{r4}
   ldmfd sp!,{r0‑r12,pc}
   END

7.2 C调用汇编函数

1. 汇编中使用EXPORT func_name导出函数名
2. C语言中使用extern int func(int a,int b);声明外部汇编函数。

AAPCS调用约定

• R0、R1、R2、R3传递前4个函数参数
• 返回值存放在R0寄存器
• 超过4个参数，参数从栈上传递。

Keil工程配置要点

1. Target选项卡：ROM1起始地址0x0，Size0x2000；设置IRAM内存地址大小。
2. Linker：勾选Use Memory Layout from Target Dialog，不使用scatter脚本。
3. Debug：Use Simulator，取消Run to main。

✨学习重点

1. 汇编伪操作和指令区分：伪操作给汇编器看；指令是CPU执行。重点AREA、CODE32、ENTRY、END、PRESERVE8、IMPORT、EXPORT。
2. MOV立即数受12位imm12限制，非法立即数使用LDR Rd,=xxx；不能直接mov sp,#立即数，要用ldr sp,=地址。
3. 移位指令LSL/LSR/ASR/ROR/RRX；S后缀指令会更新CPSR的NZCV标志位。
4. CMP比较本质是SUBS，只改标志，不保存运算结果；B、BL、BX跳转指令区别，BL保存LR用于函数调用，BX LR函数返回。
5. ARM7栈：满递减FD栈，SP向低地址增长 ；STMFD压栈、LDMFD弹栈，!表示自动更新SP。
6. CPSR寄存器N/Z/C/V四个标志位含义；条件码EQ/NE/GT/GE/LT/LE。
7. MRS读CPSR，MSR写CPSR，用来修改处理器工作模式。
8. 汇编循环：do‑while先执行再判断；while先判断后执行。
9. 函数调用：BL保存返回地址到LR；嵌套调用必须压栈保存LR防止被覆盖。
10. AAPCS调用规范：R0‑R3传参，R0存返回值；汇编调用C必须写PRESERVE8保证栈8字节对齐。
11. 汇编<‑>C互相调用：IMPORT导入C函数，EXPORT导出汇编函数。

⚠️易错点&踩坑记录

1. ❌混淆伪操作和指令，把AREA、ENTRY当成CPU指令。
2. ❌mov直接写大立即数，遇到非法12位立即数，编译报错；改用ldr rd,=立即数。
3. ❌mov sp,#0x40001000；立即数非法，必须使用ldr sp,=0x40001000。
4. ❌忘记S后缀：不加S的ADD/SUB不会更新CPSR标志，后面条件跳转判断失效。
5. ❌B、BL、BX混淆：B跳转不保存LR，不能用于函数调用返回；函数调用用BL，返回用BX LR。
6. ❌栈操作忘记写!，STMFD/LDMFD不会自动更新SP，栈指针错乱。
7. ❌汇编调用C函数不加PRESERVE8，报L6238E链接错误。
8. ❌函数嵌套调用，没有压栈保护LR；子函数调用覆盖LR，函数返回直接跑飞。
9. ❌AAPCS规约记错，函数参数不用R0‑R3，随便乱用寄存器传参，和C交互结果错乱。
10. ❌MRS/MSR写错，直接mov cpsr,r0；CPSR不能用普通MOV读写，只能MRS/MSR。
11. ❌汇编调用C函数，超过4个参数忘记压栈；C调用汇编忘记EXPORT导出符号。
12. ❌Keil工程scatter脚本干扰，勾选Use Memory Layout from Target Dialog。

📝今日学习小结

今天学习ARMv7‑A汇编，主要面向启动代码开发。掌握伪操作AREA、CODE32、ENTRY、PRESERVE8；掌握MOV、ADD、SUB、MVN、BIC、ORR、CMP、B/BL/BX等核心指令；理解CPSR的NZCV条件标志。

学会汇编实现do‑while、while循环；掌握满递减栈STMFD/LDMFD做函数现场保护；理解BL保存LR实现函数调用，BX‑LR返回；掌握MRS/MSR读写状态寄存器修改处理器模式。

重点掌握汇编与C语言互相调用，AAPCS调用规约，解决Keil链接报错。

练习方向：汇编实现1‑100求和；汇编写一个函数供C调用；汇编调用C函数。

后续学习：ARM异常向量表编写，完整启动代码。