嵌入式Linux+ARMARM體系結構與編程(ARM匯編指令)

參考：

http://blog.csdn.net/denlee/article/details/2501182

在嵌入式開發中，匯編程序常常用于非常關鍵的地方，比如系統啟動時的初始化，進出中斷時的環境保存、恢復，對性能要求非常苛刻的函數等。

1、相對跳轉指令：b、bl
不同之處在于：bl指令除了跳轉之外，還將返回地址（bl的下一條指令的地址）保存在lr寄存器中。
跳轉范圍：當前指令的前后32M。
它們是與位置無關的指令。
示例：
b fun1
......
fun1:
bl fun2
......
fun2:
......


2、數據傳送指令：mov，地址讀取偽指令：ldr
mov指令可以把一個寄存器的值賦給另一個寄存器，或者把一個常數賦給寄存器。
例：
mov r1, r2
mov r1, #4096
mov指令傳送的常數必須能用立即數來表示。
當不知道一個數能否用立即數來表示時，可以使用ldr命令來賦值。ldr是偽指令，它不是真實存在的指令，編譯器會把它擴展成真正的指令：如果該常數能用立即數來表示，則使用mov指令；否則編譯時將該常數保存在某個位置，使用內存讀取指令把它讀出來。
例：
ldr r1, =4097
ldr本意為“大范圍的地址讀取偽指令”，以下是獲得代碼的絕對地址：
例：
ldr r1, =label
label:
......


3、內存訪問指令：ldr、str、ldm、stm
ldr指令既可能是大范圍的地址讀取偽指令，也可能是內存訪問指令。當它的第二個參數前面有“ ＝ ”時，表示偽指令，否則表示內存訪問指令。
ldr指令是從內存中讀取數據到寄存器，str指令把寄存器的值存儲到內存中，它們操作的數據都是32位的。
例：
ldr r1, [r2, #4] // 將地址為r2+4的內存單元數據讀取到r1中
ldr r1, [r2] // 將地址為r2的內存單元數據讀取到r1中
ldr r1, [r2], #4 // 將地址為r2的內存單元數據讀取到r1中，然后r2=r2+4
str r1, [r2, #4] // 將r1的數據保存到地址為r2+4的內存單元中
str r1, [r2] // 將r1的數據保存到地址為r2的內存單元中
str r1, [r2], #4 // 將r1的數據保存到地址為r2的內存單元中，然后r2=r2+4
ldm和stm屬于批量內存訪問指令，只用一條指令就可以讀寫多個數據。格式為：
ldm {cond} { ! } { ^ }
stm {cond} { ! } { ^ }
其中，{cond}表示指令的執行條件有：

大多數ARM指令都可以條件執行，即根據cpsr寄存器中的條件標志位決定是否執行該指令：如果條件不滿足，該指令相當于一條nop指令。
每條ARM指令包含4位的條件碼域，這表明可以定義16個執行條件。
cpsr條件標志位N、Z、C、V分別表示Negative、Zero、Carry、oVerflow。

表示地址變化模式，有4種方式：
ia (Increment After) ：事后遞增方式。
ib (Increment Before) ：事先遞增方式。
da (Decrement After) ：事后遞減方式。
db (Decrement Before)：事先遞減方式。
中保存內存的地址，如果后面加上感嘆號，指令執行后，rn的值會更新，等于下一個內存單元的地址。
表示寄存器列表，對于ldm指令，從所對應的內存塊中取出數據，寫入這些寄存器；對于stm指令，把這些寄存器的值寫入所對應的內存塊中。
{^}有兩種含義：
如果中有pc寄存器，它表示指令執行后，spsr寄存器的值將自動到cpsr寄存器中——這常用于從中斷處理函數中返回；
如果中沒有pc寄存器，{^}表示操作的是用戶模式下的寄存器，而不是當前特權模式的寄存器。
例：
HandleIRQ: @中斷入口函數
sub lr, lr, #4 @計算返回地址
stmdb sp!, { r0 - r12, lr } @保存使用的寄存器
@r0 - r12, lr被保存在sp表示的內存中
@“！”使得指令執行后sp = sp - 14 * 4

ldr lr, =int_return @設置調用IRQ_Handle函數后的返回地址
ldr pc, =IRQ_Handle @調用中斷分發函數
int_return:
ldmia sp!, { r0 - r12, pc }^ @中斷返回，“^”表示將spsr的值到cpsr
@于是從irq模式返回被中斷的工作模式
@“！”使得指令執行后sp = sp + 14 * 4


4、加減指令：add、sub
例：
add r1, r2, #1 // r1 = r2 + 1
sub r1, r2, #1 // r1 = r2 - 1


5、程序狀態寄存器的訪問指令：msr、mrs
ARM處理器有一個程序狀態寄存器（cpsr），它用來控制處理器的工作模式、設置中斷的總開關。
例：
msr cpsr, r0 // r0到cpsr中
mrs r0, cpsr // cpsr到r0中

6、其他偽指令
.extern ： 定義一個外部符號（可以是變量也可以是函數）
.text ： 表示現在的語句都屬于代碼段
.global ： 將本文件中的某個程序標號定義為全局的


ARM－THUMB子程序調用規則：ATPCS
為了使C語言程序和匯編程序之間能夠互相調用，必須為子程序間的調用制定規則，在ARM處理器中，這個規則被稱為ATPCS：ARM程序和THUMB程序中子程序調用的規則。基本的ATPCS規則包括寄存器使用規則、數據棧使用規則、參數傳遞規則。

1、寄存器使用規則
子程序間通過寄存器r0 ~ r3來傳遞參數，這時可以使用它們的別名a1 ~ a4。被調用的子程序返回前無需恢復r0 ~ r3的內容。
在子程序中，使用r4 ~ r11來保存局部變量，這時可以使用它們的別名v1 ~ v8。如果在子程序中使用了它們的某些寄存器，子程序進入時要保存這些寄存器的值，在返回前恢復它們；對于子程序中沒有使用到的寄存器，則不必進行這些操作。在THUMB程序中，通常只能使用寄存器r4 ~ r7來保存局部變量。
寄存器r12用作子程序間scratch寄存器，別名為ip。
寄存器r13用作數據棧指針，別名為sp。在子程序中寄存器r13不能用作其他用途。它的值在進入、退出子程序時必須相等。
寄存器r14稱為連接寄存器，別名為lr。它用于保存子程序的返回地址。如果在子程序中保存了返回地址（比如將lr值保存到數據棧中），r14可以用作其他用途。
寄存器r15是程序計數器，別名為pc。它不能用作其他用途。

2、數據棧使用規則
數據棧有兩個增長方向：向內存地址減小的方向增長時，稱為DESCENDING棧；向內存地址增加的方向增長時，稱為ASCENDING棧。
所謂數據棧的增長就是移動棧指針。當棧指針指向棧頂元素（最后一個入棧的數據）時，稱為FULL棧；當棧指針指向棧頂元素（最后一個入棧的數據）相鄰的一個空的數據單元時，稱為EMPTY棧。
則數據棧可以分為4種：
FD：Full Descending 滿遞減
ED：Empty Descending 空遞減
FA ：Full Ascending 滿遞增
EA：Empty Ascending 空遞增
ATPCS規定數據棧為FD類型，并且對數據棧的操作是8字節對齊的。使用stmdb / ldmia批量內存訪問指令來操作FD數據棧。
使用stmdb命令往數據棧中保存內容時，先遞減sp指針，再保存數據，使用ldmia命令從數據棧中恢復數據時，先獲得數據，再遞增sp指針，sp指針總是指向棧頂元素，這剛好是FD棧的定義。

3、參數傳遞規則
一般地，當參數個數不超過4個時，使用r0 ~ r3這4個寄存器來傳遞參數；如果參數個數超過4個，剩余的參數通過數據棧來傳遞。
對于一般的返回結果，通常使用r0 ~ r3來傳遞。
例：
假設CopyCode2SDRAM函數是用C語言實現的，它的數據原型如下：
int CopyCode2SDRAM( unsigned char *buf, unsigned long start_addr, int size )
在匯編代碼中，使用下面的代碼調用它，并判斷返回值：
ldr r0, =0x30000000 @1. 目標地址 ＝ 0x30000000，這是SDRAM的起始地址
mov r1, #0 @2. 源地址 ＝ 0
mov r2, #16*1024 @3. 長度 ＝ 16K
bl CopyCode2SDRAM @調用C函數CopyCode2SDRAM
cmp a0, #0 @判斷函數返回值