适用于Cortex-A的常见GNU汇编语法

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适用于Cortex-A的常见GNU汇编语法

2025-02-18

嵌入式 Linux 开发

GNU汇编

/

Linux

/

数据结构

语句#

GNU 汇编语法适用于所有的架构，并不是 ARM 独享的，GNU 汇编由一系列的语句组成，每行一条语句，每条语句有三个可选部分：label: instruction @ comment

label：标号，表示地址位置
instruction：指令，汇编指令或伪指令
@ comment：注释

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。

伪操作（伪指令）#

用户可通过.section伪操作来定义一个段，汇编系统预定义了一些段名，包括：

.text：代码段
.data：初始化的数据段
.bss：未初始化的数据段
.rodata：只读数据段

.section也可用于自定义段，每个段以段名开始，以下一段名或文件结尾结束。如.section .testsection @顶一个testsection段

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 “ 代码中.global是伪操作，表示_start是一个全局标号（性质类似于C语言中的全局变量）。

常见的伪指令有：

.global：声明全局符号，如.global main @声明main为全局符号
.section：定义段
.word：定义字数据
.asciz：定义以null结尾的字符串，如.asciz "Hello World"
.byte：定义单字节数据，比如.byte 0x12
.short：定义双字节数据，比如.short 0x1234
.long：定义一个4字节数据，比如.long 0x12345678
.equ：赋值，如.equ num, 0x12表示num=0x12
.align：数据字节对齐，.align 4表示4字节对齐
.end：表示源文件结束

处理器内部数据传输指令#

最常见的一类指令，包括：

将数据从一个寄存器传递到另外一个寄存器
将数据从一个寄存器传递到特殊寄存器，如 CPSR 和 SPSR 寄存器
将立即数传递到寄存器

MOV#

将数据从一个寄存器拷贝到另一个寄存器，或将一个立即数传递到寄存器中。

1
MOV R0, R1      @寄存器R1中的数据传递给R0
2
MOV R0, #0x12   @立即数0x12传递给R0

MRS#

将特殊寄存器（如CPSR和SPSR）中的数据传递给通用寄存器。注意：读取特殊寄存器数据时只能使用MRS指令。

1
MRS R0, CPSR

MSR#

将普通寄存器的数据传递至特殊寄存器，即写入特殊寄存器。

1
MSR CPSR, R0

存储器访问指令#

ARM无法直接访问存储器（如RAM）。以I.MX6UL为例，其寄存器为RAM类型，汇编配置寄存器时需借助存储器访问指令，将待配置的值写入到Rx(x=0~12)寄存器中，然后借助存储器访问指令将Rx中的数据写入之MX6UL的寄存器中，读取亦同。

LDR#

用于从存储器加载数据至寄存器Rx中，也可以将一个立即数加载到寄存器Rx中。加载立即数时，使用=而不是#，如=0xFFFFFFFF。

在嵌入式开发中，LDR最常用的就是读取CPU的寄存器值：

1
LDR R0, =0x0209C004     @将寄存器地址0x0209C004加载到R0中，准备寻址
2
LDR R1, [R0]            @读取地址0x0209C004中的值到R1中

STR#

与LDR相反，STR用于将数据写入到存储器中。

1
LDR R0, =0x0209C004     @寄存器地址0x0209C004写入R0
2
LDR R1, =0x20000002     @待写入值0x20000002写入R1
3
STR R1, [R0]            @R1中的值写入R0中所保存的地址中

跳转指令#

B指令#

B指令将PC寄存器的值设置为目标跳转地址，一旦执行B指令，ARM处理器就会立即跳转至指定的目标地址。如果待调用函数不会再返回到原来的执行处，就可以使用B指令。

1
_start:
2
    ldr sp, =0x80200000     @设置栈指针
3
    b main                  @跳转到main函数

BL指令#

相比B指令，BL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，常见于各种中断服务程序。

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：

1
push {r0, r1}           @入栈，保存R0, R1
2
cps #0x13               @进入SVC模式，CPS指令用于直接修改CPSR寄存器的M[4:0]，让CPU进入不同的模式
3

4
bl system_irqhandler    @加载C语言中断处理函数至R2寄存器
5

6
cps #0x12               @进入IRQ模式
7
pop {r0, r1}            @恢复现场
8
str r0, {r1, 0#10}      @中断执行完成，写EOIR

ARM中常见的寄存器#

几个ARM中常用的寄存器：

IP寄存器：内部程序调用暂存寄存器，子程序的连接text段中常使用该规则
SP寄存器：栈指针寄存器，用于存储当前栈顶地址。程序执行过程中，栈是用来存储临时变量、函数调用返回地址等数据的重要数据结构，SP寄存器的值会随着栈的变化而变化
LR寄存器：连接寄存器，程序跳转（子程序调用，中断跳转）后，arm自动在该寄存器中存入原程序（未跳转）的下一条指令的地址，也叫函数调用返回地址。当一个函数被调用时，LR寄存器会存储调用该函数的下一条指令的地址，当函数执行完毕后，程序会跳转到LR寄存器中存储的地址继续执行。
PC寄存器：程序计数器，保存的是当前正在取指的指令的地址（arm采用2级流水线，因此是当前正在执行指令的地址+8）。PC寄存器是ARM中的程序计数器，用于存储下一条将要执行的指令的地址。

此外，还有两个比较重要的状态寄存器：

CPSR：程序状态寄存器，在任何处理器模式下被访问。它包含了条件标志位、中断禁止位、当前处理器模式标志以及其他的一些控制和状态位。CPSR在用户级编程时用于存储条件码。
SPSR：程序状态保存寄存器，每一种处理器模式下都有一个状态寄存器SPSR,SPSR用于保存CPSR的状态，以便异常返回后恢复异常发生时的工作状态。当特定的异常中断发生时，这个寄存器用于存放当前程序状态寄存器的内容。在异常中断退出时，可以用SPSR来恢复CPSR。由于用户模式和系统模式不是异常中断模式，所以他没有SPSR。当用户在用户模式或系统模式访问SPSR，将产生不可预知的后果。

二者常用于MRS或MSR指令,用于spsr中的值转移到寄存器或把寄存器的内容加载到spsr中，如:

1
mrs r0, spsr                /* 读取spsr寄存器 */
2
msr spsr_cxsf, r0            /* 恢复spsr */

ARM进入异常模式后，SPSR自动保存进入异常前的CPSR的值，以便异常返回后恢复异常发生时的工作状态。

LED点灯示例#

1
.global _start  /* 全局标号 */
2

3
/*
4
 * 描述：  _start函数，程序从此函数开始执行此函数完成时钟使能、
5
 *      GPIO初始化、最终控制GPIO输出低电平来点亮LED灯。
6
 */
7
_start:
8
  /* 例程代码 */
9
  /* 1、使能所有时钟 */
10
  ldr r0, =0X020C4068   /* CCGR0 */
11
  ldr r1, =0XFFFFFFFF
12
  str r1, [r0]
13

14
  ldr r0, =0X020C406C    /* CCGR1 */
15
  str r1, [r0]
16

17
  ldr r0, =0X020C4070    /* CCGR2 */
18
  str r1, [r0]
19

20
  ldr r0, =0X020C4074    /* CCGR3 */
21
  str r1, [r0]
22

23
  ldr r0, =0X020C4078    /* CCGR4 */
24
  str r1, [r0]
25

26
  ldr r0, =0X020C407C    /* CCGR5 */
27
  str r1, [r0]
28

29
  ldr r0, =0X020C4080    /* CCGR6 */
30
  str r1, [r0]
31

32

33
  /* 2、设置GPIO1_IO03复用为GPIO1_IO03 */
34
  ldr r0, =0X020E0068  /* 将寄存器SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE加载到r0中 */
35
  ldr r1, =0X5    /* 设置寄存器SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE的MUX_MODE为5 */
36
  str r1,[r0]
37

38
  /* 3、配置GPIO1_IO03的IO属性
39
   *bit 16:0 HYS关闭
40
   *bit [15:14]: 00 默认下拉
41
     *bit [13]: 0 kepper功能
42
     *bit [12]: 1 pull/keeper使能
43
     *bit [11]: 0 关闭开路输出
44
     *bit [7:6]: 10 速度100Mhz
45
     *bit [5:3]: 110 R0/6驱动能力
46
     *bit [0]: 0 低转换率
47
     */
48
    ldr r0, =0X020E02F4  /*寄存器SW_PAD_GPIO1_IO03_BASE */
49
    ldr r1, =0X10B0
50
    str r1,[r0]
51

52
  /* 4、设置GPIO1_IO03为输出 */
53
    ldr r0, =0X0209C004  /*寄存器GPIO1_GDIR */
54
    ldr r1, =0X0000008
55
    str r1,[r0]
56

57
  /* 5、打开LED0
58
   * 设置GPIO1_IO03输出低电平
59
   */
60
  ldr r0, =0X0209C000  /*寄存器GPIO1_DR */
61
   ldr r1, =0
62
   str r1,[r0]
63

64
/*
65
 * 描述：  loop死循环
66
 */
67
loop:
68
  b loop