ARM汇编基础详解

1.GNU 汇编语法

如果大家使用过 STM32 的话就会知道 MDK 和 IAR 下的启动文件 startup_stm32f10x_hd.s其中的汇编语法是有所不同的，将 MDK 下的汇编文件直接复制到 IAR 下去编译就会出错，因为 MDK 和 IAR 的编译器不同，因此对于汇编的语法就有一些小区别。我们要编写的是 ARM汇编，编译使用的 GCC 交叉编译器，所以我们的汇编代码要符合 GNU 语法。

label：instruction @ comment 

label 即标号，表示地址位置，有些指令前面可能会有标号，这样就可以通过这个标号得到
指令的地址，标号也可以用来表示数据地址。注意 label 后面的“：”，任何以“：”结尾的标识
符都会被识别为一个标号。

instruction 即指令，也就是汇编指令或伪指令

@符号，表示后面的是注释，就跟 C 语言里面的“/”和“/”一样，其实在 GNU 汇编文
件中我们也可以使用“/”和“/”来注释。

comment 就是注释内容。

比如如下代码：

add: MOVS R0, #0X12 @设置 R0=0X12 

上面代码中“add:”就是标号，“MOVS R0,#0X12”就是指令，最后的“@设置 R0=0X12”就是注释。

注意！ARM 中的指令、伪指令、伪操作、寄存器名等可以全部使用大写，也可以全部使用
小写，但是不能大小写混用。

用户可以使用.section 伪操作来定义一个段，每个段以段名开始，以下一段名或者文件结尾结束，比如：

.section .testsection @定义一个 testsetcion 段 

汇编系统预定义了一些段名：

汇编程序的默认入口标号是_start，不过我们也可以在链接脚本中使用 ENTRY 来指明其它的入口点，下面的代码就是使用_start 作为入口标号：

.global _start _start: ldr r0, =0x12 @r0=0x12 

上面代码中.global 是伪操作，表示_start 是一个全局标号，类似 C 语言里面的全局变量一样，常见的伪操作有：

GNU 汇编还有其它的伪操作，但是最常见的就是上面这些，如果想详细的了解全部的伪操作，可以参考《ARM Cortex-A(armV7)编程手册 V4.0.pdf》的 57 页。

GNU 汇编同样也支持函数，函数格式如下

函数名: 函数体 返回语句 

GNU 汇编函数返回语句不是必须的，如下代码就是用汇编写的 Cortex-A7 中断服务函数：

 汇编函数的定义 /* 未定义中断 */ Undefined_Handler: ldr r0, =Undefined_Handler bx r0 /* SVC 中断 */ SVC_Handler: ldr r0, =SVC_Handler bx r0 /* 预取终止中断 */ PrefAbort_Handler: ldr r0, =PrefAbort_Handler bx r0 

上述代码中定义了三个汇编函数：Undefined_Handler、SVC_Handler 和PrefAbort_Handler。以函数 Undefined_Handler 为例我们来看一下汇编函数组成，“Undefined_Handler”就是函数名，“ldr r0, =Undefined_Handler”是函数体，“bx r0”是函数返回语句，“bx”指令是返回指令，函数返回语句不是必须的。

2.Cortex-A7 常用汇编指令

介绍一些常用的 Cortex-A7 汇编指令，如果想系统的了解 Cortex-A7 的所有汇编指令请参考《ARM ArchitectureReference Manual ARMv7-A and ARMv7-R edition.pdf》的 A4章节。

2.1 处理器内部数据传输指令

数据传输常用的指令有三个：MOV、MRS 和 MSR，这三个指令的用法如表 7.2.1.1 所示：

分别来详细的介绍一下如何使用这三个指令：

1 、MOV 指令
MOV 指令用于将数据从一个寄存器拷贝到另外一个寄存器，或者将一个立即数传递到寄存器里面，使用示例如下：

MOV R0，R1 @将寄存器 R1 中的数据传递给 R0，即 R0=R1 MOV R0, #0X12 @将立即数 0X12 传递给 R0 寄存器，即 R0=0X12 

2 、MRS 指令
MRS 指令用于将特殊寄存器(如 CPSR 和 SPSR)中的数据传递给通用寄存器，要读取特殊寄存器的数据只能使用 MRS 指令！使用示例如下：

MRS R0, CPSR @将特殊寄存器 CPSR 里面的数据传递给 R0，即 R0=CPSR 

3 、MSR 指令
MSR 指令和 MRS 刚好相反，MSR 指令用来将普通寄存器的数据传递给特殊寄存器，也就是写特殊寄存器，写特殊寄存器只能使用 MSR，使用示例如下：

MSR CPSR, R0 @将 R0 中的数据复制到 CPSR 中，即 CPSR=R0 

2.2 存储器访问指令

ARM 不能直接访问存储器，比如 RAM 中的数据，I.MX6UL 中的寄存器就是 RAM 类型的，我们用汇编来配置 I.MX6UL 寄存器的时候需要借助存储器访问指令，一般先将要配置的值写入到 Rx(x=0~12)寄存器中，然后借助存储器访问指令将 Rx 中的数据写入到 I.MX6UL 寄存器中。读取 I.MX6UL 寄存器也是一样的，只是过程相反。常用的存储器访问指令有两种：LDR 和STR，用法如表：

分别来详细的介绍一下如何使用这两个指令：

1 、LDR 指令
LDR 主要用于从存储加载数据到寄存器 Rx 中，LDR 也可以将一个立即数加载到寄存器 Rx中，LDR 加载立即数的时候要使用“=”，而不是“#”。在嵌入式开发中，LDR 最常用的就是读取 CPU 的寄存器值，比如 I.MX6UL 有个寄存器 GPIO1_GDIR，其地址为 0X0209C004，我们现在要读取这个寄存器中的数据，示例代码如下：

 示例代码 LDR 指令使用 LDR R0, =0X0209C004 @将寄存器地址 0X0209C004 加载到 R0 中，即 R0=0X0209C004 LDR R1, [R0] @读取地址 0X0209C004 中的数据到 R1 寄存器中 

上述代码就是读取寄存器 GPIO1_GDIR 中的值，读取到的寄存器值保存在 R1 寄存器中，上面代码中 offset 是 0，也就是没有用到 offset。

2 、STR 指令
LDR 是从存储器读取数据，STR 就是将数据写入到存储器中，同样以 I.MX6UL 寄存器GPIO1_GDIR 为例，现在我们要配置寄存器 GPIO1_GDIR 的值为 0X，示例代码如下：

 示例代码 STR 指令使用 LDR R0, =0X0209C004 @将寄存器地址 0X0209C004 加载到 R0 中，即 R0=0X0209C004 LDR R1, =0X @R1 保存要写入到寄存器的值，即 R1=0X STR R1, [R0] @将 R1 中的值写入到 R0 中所保存的地址中 

LDR 和 STR 都是按照字进行读取和写入的，也就是操作的 32 位数据，如果要按照字节、半字进行操作的话可以在指令“LDR”后面加上 B 或 H，比如按字节操作的指令就是 LDRB 和STRB，按半字操作的指令就是 LDRH 和 STRH。

2.3 压栈和出栈指令

我们通常会在 A 函数中调用 B 函数，当 B 函数执行完以后再回到 A 函数继续执行。要想在跳回 A 函数以后代码能够接着正常运行，那就必须在跳到 B 函数之前将当前处理器状态保存起来(就是保存 R0~R15 这些寄存器值)，当 B 函数执行完成以后再用前面保存的寄存器值恢复R0~R15 即可。保存 R0~R15 寄存器的操作就叫做现场保护，恢复 R0~R15 寄存器的操作就叫做恢复现场。在进行现场保护的时候需要进行压栈(入栈)操作，恢复现场就要进行出栈操作。压栈的指令为 PUSH，出栈的指令为 POP，PUSH 和 POP 是一种多存储和多加载指令，即可以一次操作多个寄存器数据，他们利用当前的栈指针 SP 来生成地址，PUSH 和 POP 的用法如表所示：

假如我们现在要将 R0~R3 和 R12 这 5 个寄存器压栈，当前的 SP 指针指向 0X，处理器的堆栈是向下增长的，使用的汇编代码如下:

PUSH {R0~R3, R12} @将 R0~R3 和 R12 压栈 

POP {LR} @先恢复 LR POP {R0~R3,R12} @在恢复 R0~R3,R12 

 STMFD SP!,{R0~R3, R12} @R0~R3,R12 入栈 STMFD SP!,{LR} @LR 入栈 LDMFD SP!, {LR} @先恢复 LR LDMFD SP!, {R0~R3, R12} @再恢复 R0~R3, R12 

STMFD 可以分为两部分：STM 和 FD，同理，LDMFD 也可以分为 LDM 和 FD。看到 STM和 LDM 有没有觉得似曾相识(不是 STM32 啊啊啊啊)，前面我们讲了 LDR 和 STR，这两个是数据加载和存储指令，但是每次只能读写存储器中的一个数据。STM 和 LDM 就是多存储和多加载，可以连续的读写存储器中的多个连续数据。FD 是 Full Descending 的缩写，即满递减的意思。根据 ATPCS 规则,ARM 使用的 FD 类型的堆栈，SP 指向最后一个入栈的数值，堆栈是由高地址向下增长的，也就是前面说的向下增长的堆栈，因此最常用的指令就是 STMFD 和 LDMFD。STM 和 LDM 的指令寄存器列表中编号小的对应低地址，编号高的对应高地址。

2.4 跳转指令

我们重点来看一下 B 和 BL 指令，因为这两个是我们用的最多的，如果要在汇编中进行函数调用使用的就是 B 和 BL 指令：

1 、B 指令
这是最简单的跳转指令，B 指令会将 PC 寄存器的值设置为跳转目标地址， 一旦执行 B 指令，ARM 处理器就会立即跳转到指定的目标地址。如果要调用的函数不会再返回到原来的执行处，那就可以用 B 指令，如下示例：

 示例代码 B 指令示例 _start: ldr sp,=0X @设置栈指针 b main @跳转到 main 函数 

上述代码就是典型的在汇编中初始化 C运行环境，然后跳转到C文件的 main函数中运行，上述代码只是初始化了 SP 指针，有些处理器还需要做其他的初始化，比如初始化 DDR 等等。因为跳转到 C 文件以后再也不会回到汇编了，所以在第 4 行使用了 B 指令来完成跳转。

2 、BL 指令
BL 指令相比 B 指令，在跳转之前会在寄存器 LR(R14)中保存当前 PC 寄存器值，所以可以通过将 LR 寄存器中的值重新加载到 PC 中来继续从跳转之前的代码处运行，这是子程序调用一个基本但常用的手段。比如 Cortex-A 处理器的 irq 中断服务函数都是汇编写的，主要用汇编来实现现场的保护和恢复、获取中断号等。但是具体的中断处理过程都是 C 函数，所以就会存在汇编中调用 C 函数的问题。而且当 C 语言版本的中断处理函数执行完成以后是需要返回到irq 汇编中断服务函数，因为还要处理其他的工作，一般是恢复现场。这个时候就不能直接使用B 指令了，因为 B 指令一旦跳转就再也不会回来了，这个时候要使用 BL 指令，示例代码如下：

 示例代码 BL 指令示例 1 push { 
   r0, r1} @保存 r0,r1 2 cps #0x13 @进入 SVC 模式，允许其他中断再次进去 3 5 bl system_irqhandler @加载 C 语言中断处理函数到 r2 寄存器中 6 7 cps #0x12 @进入 IRQ 模式 8 pop { 
   r0, r1} 9 str r0, [r1, #0X10] @中断执行完成，写 EOIR 

上述代码中第 5 行就是执行 C 语言版的中断处理函数，当处理完成以后是需要返回来继续执行下面的程序，所以使用了 BL 指令。

2.5 算术运算指令

汇编中也可以进行算术运算， 比如加减乘除，常用的运算指令用法如表 所示：

在嵌入式开发中最常会用的就是加减指令，乘除基本用不到。

2.6 逻辑运算指令