ARM汇编入门笔记（二）：启动代码、指令详解与C语言混合编程

一、开发环境与学习意义

开发环境：Keil4，参考 ARMv7 架构手册

学习核心 ：ARM汇编不用于写业务代码，核心用途是编写启动代码。启动代码在C程序运行前执行，负责初始化硬件与运行环境，最终引导进入 main 函数。

二、ARM启动代码五大核心任务

处理器复位后，启动代码依次完成：

初始化异常向量表
初始化各模式栈指针（SP）
开启内核中断
切换系统为 User 用户模式
初始化硬件，跳转执行 C 语言 main 函数

三、汇编伪操作（编译器指令）

伪操作不被CPU执行，仅用于指导汇编器编译规则。

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AREA reset, CODE, READONLY

CODE32

ENTRY

END

AREA：定义代码段/数据段，reset 为复位启动段
CODE：当前段为可执行代码段
READONLY：代码段只读
CODE32：使用32位 ARM 指令集
THUMB：使用16位 Thumb 指令集
ENTRY：标记程序入口
END：汇编文件结束

四、ARM核心常用指令

4.1 MOV 传送指令

用于寄存器赋值、立即数加载，支持移位操作，是最基础的数据搬运指令。

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MOV{S}<c> <Rd>, #<const>

MOV{S}<c> <Rd>, <Rm>

常用移位：LSL左移、LSR右移、ASR算术右移、ROR循环右移、RRX扩展右移

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MOV r0, #0x8

MOV r1, r0

MOV r6, r0, LSL #31

4.2 ADD / SUB 加减指令

完成加减运算，带 S 可更新 CPSR 标志位，支持移位运算。

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ADD Rd, Rn, #const

ADD Rd, Rn, Rm, LSL #n

SUB Rd, Rn, #const

SUB Rd, Rn, Rm

注意：ARM 不支持两个立即数直接运算，常量计算由编译器预处理完成。

4.3 12位合法立即数（必考）

ARM 数据指令仅支持 12 位立即数，并非任意32位数都能直接 MOV。

判定规则 ：数值可由8位基数 + 循环右移偶数位（0~30） 得到，即为合法立即数。

使用原则：合法立即数用 MOV，非法立即数必须用 LDR 伪指令加载。

示例：0x80000000（合法）、0x40001000（非法）

4.4 LDR / STR 读写内存指令

MOV 只能操作寄存器，LDR/STR 是唯一内存读写指令。

LDR：内存 → 寄存器，可加载超大/非法立即数
STR：寄存器 → 内存，保存数据

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LDR sp, =0x40001000 ; 初始化栈指针（非法立即数，必须LDR）

4.5 位操作指令（MVN / BIC / ORR）

MVN：按位取反后赋值
BIC：位清零，指定位置0
ORR：位置1，用于寄存器位配置

4.6 CMP 比较指令与 NZCV 标志位

CMP Rn, Rm：等价 SUBS，只更新标志位，不保存结果

CPSR 四大标志位：

N：结果为负（最高位为1）置1
Z：结果为0置1
C：加法进位/减法无借位置1
V：有符号数运算溢出置1

常用条件码：EQ相等、NE不等、GT大于、LT小于、GE大于等于、LE小于等于

4.7 跳转指令 B / BL / BX

B：纯跳转，不保存返回地址，用于循环、分支
BL：带链接跳转，保存下一条指令地址到 LR，用于函数调用
BX：寄存器跳转，可切换 ARM/Thumb 状态，用于函数返回（BX LR）

五、汇编循环结构

汇编循环依靠 CMP + 条件跳转 实现

do-while 循环示例：

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MOV r0, #0 ; i

MOV r1, #0 ; sum

loop

ADD r1, r1, r0

ADD r0, r0, #1

CMP r0, #100

BLE loop ; 小于等于则继续循环

六、函数调用与栈保护

6.1 PC 与 LR 寄存器

PC(R15)：程序计数器，指向当前执行指令
LR(R14)：链接寄存器，保存函数返回地址

函数调用：BL 保存返回地址到 LR；函数返回：BX LR

6.2 栈与现场保护

ARM 默认使用 满减栈(FD)。函数嵌套会覆盖寄存器与 LR，必须压栈保护现场、弹栈恢复现场。

STMFD：压栈，保护寄存器与LR
LDMFD：出栈，恢复寄存器与PC

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STMFD sp!, {r0-r12, lr} ; 保护现场

BL func1 ; 调用子函数

LDMFD sp!, {r0-r12, pc} ; 恢复现场并返回

七、汇编与C语言混合编程

7.1 汇编调用C函数

汇编中 IMPORT 导入C函数
前4个参数放入 R0~R3，多余参数压栈
调用前 STMFD 保护现场，调用后恢复
添加 PRESERVE8 保证8字节栈对齐，避免编译报错

7.2 C语言调用汇编函数

汇编中 EXPORT 导出函数
C语言中 extern 声明函数
参数 R0~R3 传递，返回值存放在 R0

八、内核工作模式切换与异常

通过 MRS/MSR 读写 CPSR 寄存器，修改M域可切换内核工作模式。

MRS ：读状态寄存器；MSR：写状态寄存器

SWI：软中断指令，用于触发软件中断异常

九、高频面试/作业简答题（汇总）

1、什么是12位立即数？如何判断非法立即数？

ARM数据指令的立即数由8位基数+4位循环移位组成。能通过8位数循环右移偶数位得到为合法立即数，反之是非法立即数，需用LDR加载。

2、B、BL、BX区别？

B普通跳转；BL跳转并保存返回地址到LR，用于函数调用；BX带指令集切换，用于函数返回。

3、ARM默认栈类型？

满递减栈（FD），先减指针、后存数据，搭配 STMFD/LDMFD 使用。

4、NZCV标志位置位条件？

N负、Z零、C进位/无借位、V有符号溢出。

5、汇编与C互调用参数规则？

前4参R0-R3，多参压栈，返回值R0；汇编调C需栈对齐，C调汇编需EXPORT/extern声明。

十、总结

本篇笔记精简覆盖 ARM 汇编核心：启动代码工作流程、伪操作、全部常用指令、立即数规则、栈帧保护、循环与函数调用、C与汇编混合编程、模式切换与异常，是嵌入式底层、启动代码开发、面试复习的核心干货。