硬件開發2-匯編2（ARMv7-A）- 裸機開發

一、指令

1、b（Branch）

原型：B<c> <label>
作用：實現無條件跳轉，常用于不返回的跳轉場景
特點：僅跳轉到目標地址，不保存返回地址
示例：b reset ????????;跳轉到reset標號處執行

2、bl（Branch with Link）

原型：?BL<label>
作用：硬件自動將返回地址（PC+4?或?PC+2）存入 LR （帶鏈接的跳轉，用于子程序調用，跳轉前將返回地址（PC+4）保存到鏈接寄存器?LR（R14））
特點：子程序執行完畢后可通過?mov pc, lr?或?bx lr?返回調用點
示例：
注意事項：一個嵌套可用，大于兩個嵌套以上，需要搭配棧來使用（用法如下）

3、bx lr

原型：BX{<cond>} <Rm>
作用：將程序計數器（PC）設置為鏈接寄存器（LR/R14）中保存的地址，實現函數返回
特點：BX LR?將 LR 的值加載到 PC，恢復原程序流
示例：

4、stmdb 壓棧

原型：STMDB<c><Rn>{!}，<registers>
作用：保護現場/恢復現場（壓棧/彈棧）
? ? ? ? ?壓棧操作，ARM通常默認采用滿遞減棧，棧指針先減后存或先讀后增
參數：
<Rn>?是棧頂指針寄存器，通常為棧指針?SP（R13），指向當前棧頂位置
!?后綴的作用：
不加！：僅按指令操作存儲數據，不更新基址寄存器（SP?的值不變）
加！?：存儲完成后，自動更新基址寄存器（SP = SP - 4*N，N?為寄存器數量）
壓棧保存寄存器，同時更新棧指針
<registers>?的存儲規則（入棧出棧的寄存器列表）:
存儲順序：寄存器按編號從大到小依次存儲（如?R3→R2→R1→R0）
內存地址：基址先遞減，再存儲
使用要點：棧頂指針寄存器初始化
mov sp, #0x40001000 ?: 報錯非立即數 ? ?
ldr sp,?? ?=0x40001000
魔術棒 -> Target->IRAM1：#0x40000000? ? ?size:0x1000
示例：

5、ldmfd 彈棧

原型：LDMFD{<cond>} SP!, {<registers>}
作用：恢復現場
????????從棧中按低地址到高地址依次加載恢復數據到寄存器，并遞增棧指針（彈棧方向與壓棧相反）
用法：類似stmdb
示例：同上

6、ldr 普通加載數據

原型：LDR<c> <Rt>, <label>
作用：加載非立即數寄存器中（初始化寄存器、加載常量數據）
特點：
用于加載?32 位立即數（ARM 指令不能直接加載 32 位立即數，ldr =?是一種偽指令）
示例：
????????ldr r0, =0x40001000 ; 將地址 0x40001000 存入 r0

7、ldr 類(*p)操作

原型：
作用：從?內存地址?加載數據到寄存器（類指針操作）
特點：對應的是C語言中的?*p（指針解引用）
示例：
? ?---? ? ? ldr r0, [r1]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?; 將 r1 指向的內存數據加載到 r0
? ?---? ? ? ldr r0, [r1, #4]? ? ? ? ? ? ? ? ?? ; r0 = *(r1 + 4)
? ? ? ? ? ? ldr r0, [r1, r2]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ; r0 = *(r1 + r2)
? ? ? ? ? ? ldr r0, [r1, r2, LSL #2]???????; r0 = *(r1 + (r2 << 2))
? ? ? ? ? ? ldr r0, [r1], #4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ; r0 = *r1; r1 += 4 (后索引)
? ? ? ? ? ? ldr r0, [r1, #4]!? ? ? ? ? ? ? ? ? ?; r0 = *(r1 + 4); r1 += 4 (前索引并更新基址)

二、匯編調用C語言

1、流程

(1) 創建main.c

(2) 在main中聲明將要在filename.s文件中將要使用的文件 extern void c_add(void);

(3) 導入 import +文件名；（keil當中要求）導出文件文件用export +文件名

(4) 保護現場 bl函數調用恢復現場

(5) 解決編譯報錯：

????????asm.axf: Error: L6238E: start.o(reset) contains invalid call from '~PRES8 (The user did not require code to preserve 8-byte aligment of 8-byte data objects)' function to 'REQ8 (Code was permitted to depend on the 8-byte aligment of 8-byte data items)' function c_add. asm.axf: Finished: 0 information, 0 warning and 1 error messages.

解決辦法：在.s文件開頭寫上

???????????????????棧對齊偽指令：preserve8 用于確保函數調用時棧指針保持 8 字節對齊

(6) 創建工程自動添加了啟動代碼報錯

(7)重設軟件配置? ---（魔術棒）

魔術棒 -> Debug -> Use Simulator->Run to main(取消)
魔術棒 -> Linker -> Use Memory Layout from Taget Dialog(勾選)
魔術棒 -> Taget -> ROM1 -> Start： 0x0 Size：0x2000

(8)函數傳參：基本參數只能傳遞四個超出部分需采用壓棧傳遞

例：

main.c

start.s

2、?ARM的7種異常類型

異常類型	觸發條件	進入模式	優先級
復位（Reset）	上電或硬件復位	管理模式（SVC）	1（最高）
數據中止（Data Abort）	非法內存訪問（如缺頁）	中止模式（ABT）	2
快速中斷（FIQ）	高優先級外設中斷（如DMA）	FIQ模式	3
普通中斷（IRQ）	常規外設中斷（如定時器）	IRQ模式	4
預取中止（Prefetch Abort）	指令預取失敗	中止模式（ABT）	5
軟件中斷（SWI/SVC）	`SVC`?指令觸發（系統調用）	管理模式（SVC）	6
未定義指令	執行未知指令	未定義模式（UND）	7（最低）

3、ARM匯編調用C函數

（1）前4個參數：依次通過寄存器 R0、R1、R2、R3 傳遞。

（2）超過4個參數：剩余參數按從右向左的順序壓棧（棧內存傳遞）。

（3）返回值：

????????32位整數：通過 R0 返回。

????????64位整數：通過 R0（低32位）和 R1（高32位）返回。

????????浮點數：通過 S0（單精度）或 D0（雙精度）返回

三、ARM 裸機開發環境搭建

? ? ? ? ；標準偽指令
????????preserve8? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ；
????????area reset, code, readonly
????????code32
????????entry
????????
? ? ? ? ;<1>
????????ldr pc, =start_hander ????????????????; 復位異常（Reset）
????????ldr pc, =undefine_hander? ? ? ? ? ?; 未定義指令異常
????????ldr pc, =software_hander? ? ? ? ? ?; 軟件中斷（SWI/SVC）
????????ldr pc, =prefetch_hander? ? ? ? ? ? ; 預取中止異常
????????ldr pc, =data_hander? ? ? ? ? ? ? ? ? ; 數據中止異常
????????nop? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ; 保留位（ARMv5+）
????????ldr pc, =irq_hander? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ; 普通中斷（IRQ）
????????ldr pc, =fiq_hander? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ; 快速中斷（FIQ）
undefine_hander
????????b undefine_hander
import software_vector
software_hander
????????stmfd sp!, {r0-r12, lr}? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?; 保存寄存器現場
????????bl software_vector???????????????????????? ; 調用C函數處理SWI
????????ldmfd sp!, {r0-r12, pc}^????????????????? ; 恢復現場并返回（^表示恢復CPSR）
；注意：此處使用^修飾符，表示同時將SPSR恢復到CPSR（用于模式切換）
；默認異常處理均為死循環，實際項目中需替換為具體邏輯
prefetch_hander
????????b prefetch_hander ????????????????????????; 預取中止死循環
data_hander
????????b data_hander ????????????????????????????? ; 數據中止死循環
irq_hander
????????b irq_hander ????????????????????????????????; IRQ死循環
fiq_hander
????????b fiq_hander???????????????????????????????? ; FIQ死循環
? ?
；SWI觸發函數
? ? ? ?export ?asm_swi_fun
asm_swi_fun
swi #7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ；觸發軟件中斷（編號7）
? ? ? ?bx lr? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ；返回調用者
start_hander ；(主開始位置)
????????ldr sp, =0x40001000???????????????? ; 設置棧指針初始位置<2>
????????import main???????????????????????????????; 聲明外部C入口函數
；切換處理器模式到用戶模式（CPSR.M[4:0] = 0x10），并啟用中斷（清除I-bit）<3>
????????mrs r0, cpsr ??????????????????????????????; 讀取CPSR
????????bic r0, r0, #(0x1F << 0)? ? ? ? ? ?? ; 清除模式位
????????bic r0, r0, #(1 << 7)? ? ? ? ? ? ? ? ?? ; 清除中斷禁止位（I-bit）
????????orr r0, r0, #(0x10 << 0)? ? ? ? ? ? ? ; 設置為用戶模式（0x10）
????????msr cpsr_c, r0? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ; 寫回CPSR
；重新設置用戶模式
????????ldr sp, =0x40001000 ????????????? ? ? ; 重新設置棧指針
????????sub sp, sp, #1024???????? ? ? ? ? ? ? ? ; 預留棧空間（1KB）
????????b main ???????????????????????????????????????; 跳轉到C的main函數

end

知識點：

1、中斷向量表

位置：必須位于0x00000000地址（或可通過VBAR重定位）

組成：8個32位條目，按固定順序對應不同異常類型

跳轉方式：

?????ldr pc, =handler：支持全地址范圍跳轉

? ? ??b handler：僅支持±32MB范圍跳轉

2、棧設置：
在進入用戶模式前，先設置一次棧（ldr sp, =0x40001000），這是為了在切換模式前確保棧有效（因為不同模式有各自的SP寄存器）
切換到用戶模式后，再次設置棧指針并預留空間（sub sp, sp, #1024），避免用戶程序棧溢出破壞其他數據

3、ARM處理器中 CPSR（當前程序狀態寄存器）的模式位

模式值（十六進制）	模式名稱	英文全稱	用途說明
`0x10`	用戶模式	User Mode	運行普通應用程序的非特權模式，無法直接訪問硬件資源或執行特權指令。
`0x11`	FIQ模式	Fast Interrupt Mode	處理高速中斷（FIQ），有專用的寄存器（R8-R14_fiq），用于低延遲中斷響應。
`0x12`	IRQ模式	Interrupt Mode	處理普通中斷（IRQ），比 FIQ 優先級低，用于一般外設中斷。
`0x13`	SVC模式	Supervisor Mode	操作系統內核模式（如 Linux 的 Kernel Mode），用于處理軟件中斷（SWI/SVC）。
`0x17`	Abort模式	Abort Mode	當發生內存訪問異常（如缺頁或權限錯誤）時進入此模式。
`0x1B`	Undef模式	Undefined Mode	當執行未定義指令時觸發，用于模擬浮點指令或擴展指令集。