目錄

• 前言
• 1.GNU 匯編語法
• 2.Cortex-A7 常用匯編指令
• • 2.1 處理器內部數據傳輸指令（內部寄存器數據非內存數據）
  • 2.2 存儲器訪問指令（RAM）
  • 2.3 壓棧和出棧指令（了解）
  • 2.4 跳轉指令
  • 2.5 算術運算指令
  • 2.6 邏輯運算指令

前言

我們在進行嵌入式 Linux 開發的時候是絕對要掌握基本的 ARM 匯編，因為 Cortex-A 芯片一上電 SP 指針（指向一段起始地址，指向棧頂）還沒初始化，C 環境還沒準備好，所以肯定不能運行 C 代碼，必須先用匯編語言設置好 C 環境，比如初始化 DDR、設置 SP指針等等，當匯編把 C 環境設置好了以后才可以運行 C 代碼。所以 Cortex-A 一開始肯定是匯編代碼，其實 STM32 也一樣的，一開始也是匯編，以 STM32F103 為例，啟動文件startup_stm32f10x_hd.s 就是匯編文件，只是這個文件 ST 已經寫好了，我們根本不用去修改，所以大部分學習者都沒有深入的去研究。匯編的知識很龐大，本章我們只講解最常用的一些指令，滿足我們后續學習即可。

至于要寫多少匯編程序，那就看你能在哪一步把C 語言環境準備好。所謂的C語言環境就是保證C 語言能夠正常運行。C 語言中的函數調用涉及到出棧入棧，出棧入棧就要對堆棧進行操作，所謂的堆棧其實就是一段內存，這段內存比較特殊，由SP 指針訪問，SP 指針指向棧頂。芯片一上電SP 指針還沒有初始化，所以C 語言沒法運行，對于有些芯片還需要初始化DDR，因為芯片本身沒有RAM，或者內部RAM 不開放給用戶使用，用戶代碼需要在DDR 中運行，因此一開始要用匯編來初始化DDR 控制器。后面學習Uboot 和Linux 內核的時候匯編是必須要會的。在芯片上電以后用匯編來初始化一些外設，不會涉及到復雜的代碼，而且使用到的指令都是很簡單的，用到的就那么十幾個指令。

1.GNU 匯編語法

如果大家使用過 STM32 的話就會知道 MDK 和 IAR 下的啟動文件 startup_stm32f10x_hd.s其中的匯編語法是有所不同的，將 MDK 下的匯編文件直接復制到 IAR 下去編譯就會出錯，因為 MDK 和 IAR 的編譯器不同，因此對于匯編的語法就有一些小區別。我們要編寫的是 ARM匯編，編譯使用的 GCC 交叉編譯器，所以我們的匯編代碼要符合 GNU 語法。

GNU 匯編語法適用于所有的架構，并不是 ARM 獨享的，GNU 匯編由一系列的語句組成，每行一條語句，每條語句有三個可選部分，如下：

label：instruction @ comment

labe： l即標號，表示地址位置，有些指令前面可能會有標號，這樣就可以通過這個標號得到指令的地址，標號也可以用來表示數據地址。注意 label 后面的“：”，任何以“：”結尾的標識符都會被識別為一個標號。

instruction： 即指令，也就是匯編指令或偽指令

@ 符號：表示后面的是注釋，就跟 C 語言里面的“/”和“/”一樣，其實在 GNU 匯編文件中我們也可以使用“/”和“/”來注釋。

comment： 就是注釋內容。

比如如下代碼：

add: MOVS R0, #0X12 @設置 R0=0X12

上面代碼中“add:”就是標號，“MOVS R0,#0X12”就是指令，最后的“@設置 R0=0X12”就是注釋。

注意！ARM 中的指令、偽指令、偽操作、寄存器名等可以全部使用大寫，也可以全部使用小寫，但是不能大小寫混用。

用戶可以使用.section 偽操作來定義一個段，每個段以段名開始，以下一段名或者文件結尾結束，比如：

.section .testsection @定義一個 testsetcion 段

匯編系統預定義了一些段名：

定義段名

.text	表示代碼段。
.data	初始化的數據段。
.bss	未初始化的數據段。
.rodata	只讀數據段。

匯編程序的默認入口標號是_start，不過我們也可以在鏈接腳本中使用 ENTRY 來指明其它的入口點，下面的代碼就是使用_start 作為入口標號：

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

上面代碼中.global 是偽操作，表示_start 是一個全局標號，類似 C 語言里面的全局變量一樣，常見的偽操作有（了解即可）：

偽操作含義

.byte	定義單字節數據，比如.byte 0x12。
.short	定義雙字節數據，比如.short 0x1234。
.long	定義一個 4 字節數據，比如.long 0x12345678。
.equ	賦值語句，格式為：.equ 變量名，表達式，比如.equ num, 0x12，表示 num=0x12。
.align	數據字節對齊，比如：.align 4 表示 4 字節對齊。
.end	表示源文件結束。
.global	定義一個全局符號，格式為：.global symbol，比如：.global _start。

GNU 匯編還有其它的偽操作，但是最常見的就是上面這些，如果想詳細的了解全部的偽操作，可以參考《ARM Cortex-A(armV7)編程手冊 V4.0.pdf》的 57 頁。

GNU 匯編同樣也支持函數，函數格式如下：

函數名:函數體返回語句

GNU 匯編函數返回語句不是必須的，如下代碼就是用匯編寫的。 Cortex-A7 中斷服務函數：

匯編函數的定義 /* 未定義中斷 */ Undefined_Handler:ldr r0, =Undefined_Handlerbx r0/* SVC 中斷 */ SVC_Handler:ldr r0, =SVC_Handlerbx r0/* 預取終止中斷 */ PrefAbort_Handler:ldr r0, =PrefAbort_Handlerbx r0

上述代碼中定義了三個匯編函數：Undefined_Handler、SVC_Handler 和PrefAbort_Handler。以函數 Undefined_Handler 為例我們來看一下匯編函數組成：

• “Undefined_Handler”就是函數名，
• “ldr r0, =Undefined_Handler”是函數體，
• “bx r0”是函數返回語句，“bx”指令是返回指令，函數返回語句不是必須的。

2.Cortex-A7 常用匯編指令

介紹一些常用的 Cortex-A7 匯編指令，如果想系統的了解 Cortex-A7 的所有匯編指令請參考《ARM ArchitectureReference Manual ARMv7-A and ARMv7-R edition.pdf》的 A4章節。

2.1 處理器內部數據傳輸指令（內部寄存器數據非內存數據）

使用處理器做的最多事情就是在處理器內部來回的傳遞數據，常見的操作有：

①、將數據從一個寄存器傳遞到另外一個寄存器。
②、將數據從一個寄存器傳遞到特殊寄存器，如 CPSR 和 SPSR 寄存器。
③、將立即數傳遞到寄存器。

數據傳輸常用的指令有三個：MOV、MRS 和 MSR，這三個指令的用法如表 7.2.1.1 所示：

指令目的源描述

MOV	R0	R1	將 R1 里面的數據復制到 R0 中。
MRS	R0	CPSR	將特殊寄存器 CPSR 里面的數據復制到 R0 中。
MSR	CPSR	R1	將 R1 里面的數據復制到特殊寄存器 CPSR 里中。

分別來詳細的介紹一下如何使用這三個指令：

1 、MOV 指令

MOV 指令用于將數據從一個寄存器拷貝到另外一個寄存器，或者將一個立即數傳遞到寄存器里面，使用示例如下：

MOV R0，R1 @將寄存器 R1 中的數據傳遞給 R0，即 R0=R1 MOV R0, #0X12 @將立即數 0X12 傳遞給 R0 寄存器，即 R0=0X12

2 、MRS 指令

MRS 指令用于將特殊寄存器(如 CPSR 和 SPSR)中的數據傳遞給通用寄存器，要讀取特殊寄存器的數據只能使用 MRS 指令！使用示例如下：

MRS R0, CPSR @將特殊寄存器 CPSR 里面的數據傳遞給 R0，即 R0=CPSR

3 、MSR 指令

MSR 指令和 MRS 剛好相反，MSR 指令用來將普通寄存器的數據傳遞給特殊寄存器，也就是寫特殊寄存器，寫特殊寄存器只能使用 MSR，使用示例如下：

MSR CPSR, R0 @將 R0 中的數據復制到 CPSR 中，即 CPSR=R0

上面三條指令均不能實現a=b（賦值），因為他們直接操作的是處理器內部寄存器（上篇博文給出了內部寄存器的示意圖），而a=b（賦值）是對內存（RAM）的操作。
下面的存儲器（即RAM，不是SD卡，不是FLASH）訪問指令才可以實現。

2.2 存儲器訪問指令（RAM）

ARM的CPU 不能直接訪問存儲器(RAM)中的數據，I.MX6UL 中的寄存器就是 RAM 類型的，我們用匯編來配置 I.MX6UL 寄存器的時候需要借助存儲器訪問指令，一般先將要配置的值寫入到 Rx(x=0~12)（通用）寄存器中，然后借助存儲器訪問指令將 Rx 中的數據寫入到 I.MX6UL 寄存器中。讀取 I.MX6UL 寄存器也是一樣的，只是過程相反。常用的存儲器訪問指令有兩種：LDR 和STR，用法如表：

指令描述

LDR Rd, [Rn , #offset]	從存儲器(RAM) Rn+offset 的位置讀取數據存放到 Rd 中。
STR Rd, [Rn, #offset]	將 Rd 中的數據寫入到存儲器(RAM) 中的 Rn+offset 位置。

分別來詳細的介紹一下如何使用這兩個指令（寫驅動最常用的兩個指令）：

1 、LDR 指令

LDR 主要用于從存儲器(RAM)加載數據到寄存器 Rx 中，LDR 也可以將一個立即數加載到寄存器 Rx中，LDR 加載立即數的時候要使用“=”，而不是“#”。在嵌入式開發中，LDR 最常用的就是讀取 CPU 的寄存器值，比如 I.MX6UL 有個寄存器 GPIO1_GDIR，其地址為 0X0209C004，我們現在要讀取這個寄存器中的數據，示例代碼如下：

示例代碼 LDR 指令使用LDR R0, =0X0209C004 @將寄存器地址 0X0209C004 加載到 R0 中，即 R0=0X0209C004LDR R1, [R0] @讀取地址 0X0209C004 中的數據到 R1 寄存器中

上述代碼就是讀取寄存器 GPIO1_GDIR 中的值，讀取到的寄存器值保存在 R1 寄存器中，上面代碼中 offset 是 0，也就是沒有用到 offset。

2 、STR 指令

LDR 是從存儲器讀取數據，STR 就是將數據寫入到存儲器中，同樣以 I.MX6UL 寄存器GPIO1_GDIR 為例，現在我們要配置寄存器 GPIO1_GDIR 的值為 0X2000002，示例代碼如下：

示例代碼 STR 指令使用LDR R0, =0X0209C004 @將寄存器地址 0X0209C004 加載到 R0 中，即 R0=0X0209C004LDR R1, =0X20000002 @R1 保存要寫入到寄存器的值，即 R1=0X20000002STR R1, [R0] @將 R1 中的值寫入到 R0 中所保存的地址中

LDR 和 STR 都是按照字進行讀取和寫入的，也就是操作的 32 位數據，如果要按照字節、半字進行操作的話可以在指令“LDR”后面加上 B 或 H，比如按字節操作的指令就是 LDRB 和STRB，按半字操作的指令就是 LDRH 和 STRH。

2.3 壓棧和出棧指令（了解）

我們通常會在 A 函數中調用 B 函數，當 B 函數執行完以后再回到 A 函數繼續執行。要想在跳回 A 函數以后代碼能夠接著正常運行，那就必須在跳到 B 函數之前將當前處理器狀態保存起來(就是保存 R0~R15 這些寄存器值)，當 B 函數執行完成以后再用前面保存的寄存器值恢復R0~R15 即可。保存 R0~R15 寄存器的操作就叫做現場保護，恢復 R0~R15 寄存器的操作就叫做恢復現場。在進行現場保護的時候需要進行壓棧(入棧)操作，恢復現場就要進行出棧操作。壓棧的指令為 PUSH，出棧的指令為 POP，PUSH 和 POP 是一種多存儲和多加載指令，即可以一次操作多個寄存器數據，他們利用當前的棧指針 SP 來生成地址，PUSH 和 POP 的用法如表所示：

指令描述

PUSH	將寄存器列表存入棧中。
POP	從棧中恢復寄存器列表。

假如我們現在要將 R0~R3 和 R12 這 5 個寄存器壓棧，當前的 SP 指針指向 0X80000000，處理器的堆棧是向下增長的，使用的匯編代碼如下:

PUSH {R0~R3, R12} @將 R0~R3 和 R12 壓棧

壓棧完成以后的堆棧如圖所示：

就是分兩步對 R0~R3,R2 和 LR 進行壓棧以后的堆棧模型，如果我們要出棧的話就是使用如下代碼：

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

出棧的就是從棧頂，也就是 SP 當前執行的位置開始，地址依次減小來提取堆棧中的數據到要恢復的寄存器列表中。PUSH 和 POP 的另外一種寫法是“STMFD SP！”和“LDMFD SP!”，
因此上面的匯編代碼可以改為：

STMFD SP!,{R0~R3, R12} @R0~R3,R12 入棧STMFD SP!,{LR} @LR 入棧LDMFD SP!, {LR} @先恢復 LRLDMFD SP!, {R0~R3, R12} @再恢復 R0~R3, R12

STMFD 可以分為兩部分：STM 和 FD，同理，LDMFD 也可以分為 LDM 和 FD。看到 STM和 LDM 有沒有覺得似曾相識(不是 STM32 啊啊啊啊)，前面我們講了 LDR 和 STR，這兩個是數據加載和存儲指令，但是每次只能讀寫存儲器中的一個數據。STM 和 LDM 就是多存儲和多加載，可以連續的讀寫存儲器中的多個連續數據。FD 是 Full Descending 的縮寫，即滿遞減的意思。根據 ATPCS 規則,ARM 使用的 FD 類型的堆棧，SP 指向最后一個入棧的數值，堆棧是由高地址向下增長的，也就是前面說的向下增長的堆棧，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編號小的對應低地址，編號高的對應高地址。

2.4 跳轉指令

有多種跳轉操作，比如：

①、直接使用跳轉指令 B、BL、BX 等。
②、直接向 PC 寄存器里面寫入數據。
上述兩種方法都可以完成跳轉操作，但是一般常用的還是 B、BL 或 BX，用法如表:

指令描述

B（回不來）	跳轉到 label，如果跳轉范圍超過了+/-2KB，可以指定 B.W使用 32 位版本的跳轉指令， 這樣可以得到較大范圍的跳轉
BX	間接跳轉，跳轉到存放于 Rm 中的地址處，并且切換指令集
BL（回得來）	跳轉到標號地址，并將返回地址保存在 LR 中。
BLX	結合 BX 和 BL 的特點，跳轉到 Rm 指定的地址，并將返回地址保存在 LR 中，切換指令集。

我們重點來看一下 B 和 BL 指令，因為這兩個是我們用的最多的，如果要在匯編中進行函數調用使用的就是 B 和 BL 指令：

1 、B 指令

這是最簡單的跳轉指令，B 指令會將 PC 寄存器的值設置為跳轉目標地址，一旦執行 B 指令，ARM 處理器就會立即跳轉到指定的目標地址。如果要調用的函數不會再返回到原來的執行處，那就可以用 B 指令，如下示例：

示例代碼 B 指令示例_start:ldr sp,=0X80200000 @設置棧指針b main @跳轉到 main 函數

上述代碼就是典型的在匯編中初始化 C運行環境，然后跳轉到C文件的 main函數中運行，上述代碼只是初始化了 SP 指針，有些處理器還需要做其他的初始化，比如初始化 DDR 等等。因為跳轉到 C 文件以后再也不會回到匯編了，所以在第 4 行使用了 B 指令來完成跳轉。

2 、BL 指令

BL 指令相比 B 指令，在跳轉之前會在寄存器 LR(R14)中保存當前 PC 寄存器值，所以可以通過將 LR 寄存器中的值重新加載到 PC 中來繼續從跳轉之前的代碼處運行，這是子程序調用一個基本但常用的手段。比如 Cortex-A 處理器的 irq 中斷服務函數都是匯編寫的，主要用匯編來實現現場的保護和恢復、獲取中斷號等。但是具體的中斷處理過程都是 C 函數，所以就會存在匯編中調用 C 函數的問題。而且當 C 語言版本的中斷處理函數執行完成以后是需要返回到irq 匯編中斷服務函數，因為還要處理其他的工作，一般是恢復現場。這個時候就不能直接使用B 指令了，因為 B 指令一旦跳轉就再也不會回來了，這個時候要使用 BL 指令，示例代碼如下：

示例代碼 BL 指令示例 1 push {r0, r1} @保存 r0,r1 2 cps #0x13 @進入 SVC 模式，允許其他中斷再次進去 3 5 bl system_irqhandler @加載 C 語言中斷處理函數到 r2 寄存器中 6 7 cps #0x12 @進入 IRQ 模式 8 pop {r0, r1} 9 str r0, [r1, #0X10] @中斷執行完成，寫 EOIR

上述代碼中第 5 行就是執行 C 語言版的中斷處理函數，當處理完成以后是需要返回來繼續執行下面的程序，所以使用了 BL 指令。

2.5 算術運算指令

匯編中也可以進行算術運算， 比如加減乘除，常用的運算指令用法如表 所示：

指令計算公式備注

ADD Rd, Rn, Rm	Rd = Rn + Rm	加法運算，指令為 ADD
ADD Rd, Rn, #immed	Rd = Rn + #immed	加法運算，指令為 ADD
ADC Rd, Rn, Rm	Rd = Rn + Rm + 進位	帶進位的加法運算，指令為 ADC
ADC Rd, Rn, #immed	Rd = Rn + #immed +進位	帶進位的加法運算，指令為 ADC
SUB Rd, Rn, Rm	Rd = Rn – Rm	減法
SUB Rd, #immed	Rd = Rd - #immed	減法
SUB Rd, Rn, #immed	Rd = Rn - #immed	減法
SBC Rd, Rn, #immed	Rd = Rn - #immed – 借位	帶借位的減法
SBC Rd, Rn ,Rm	Rd = Rn – Rm – 借位	帶借位的減法
MUL Rd, Rn, Rm	Rd = Rn * Rm	乘法(32 位)
UDIV Rd, Rn, Rm	Rd = Rn / Rm	無符號除法
SDIV Rd, Rn, Rm	Rd = Rn / Rm	有符號除法

在嵌入式開發中最常會用的就是加減指令，乘除基本用不到。

2.6 邏輯運算指令

我們用 C 語言進行 CPU 寄存器配置的時候常常需要用到邏輯運算符號，比如“&”、“|”等邏輯運算符。使用匯編語言的時候也可以使用邏輯運算指令，常用的運算指令用法如表 所示：

邏輯運算指令都很好理解，后面時候匯編配置 I.MX6UL 的外設寄存器的時候可能會用到

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的ARM汇编基础详解（PS学习汇编的原因）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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