ARM汇编初识

最近在做一个项目，采用的平台为STM32 + FreeRtos,因为带领一帮新人做，每个人的水平参差不齐，但是经过一段时间的锻炼，看的出来每个人都有一定的成长。因此，我觉得，对于一个人的成长而言，兄弟般的感觉做事，就是一个字:爽！反过来对自己而言，也是相当有益的。最近在关于系统启动方面的初始化，以及因内存资源有限需要实时关注内存占用问题，以及对函数的调用关系。得时刻盯着这些个小伙子写的代码质量。于是，逼迫自己多钻研一下汇编知识，之前一直做linux的驱动和应用开发。没有详细关注arm汇编启动代码部分，这次趁机学习一下。。。。下面，贴一些arm汇编的基础知识，系个人转载用————————————————————————————分割线————————————————————————————————————————————一、初识ARM汇编原文：http://blog.csdn.net/ruixj/article/details/4779607对于ARM体系来说，不同语言撰写的函数之间相互调用（mix calls）遵循的是 ATPCS（ARM-Thumb Procedure Call Standard），ATPCS主要是定义了函数呼叫时参数的传递规则以及如何从函数返回，关于ATPCS的详细内容可以查看ADS1.2 Online Books ——Developer Guide的2.1节。这篇文档要讲的是 汇编代码中对C函数调用时如何进行参数的传递以及如何从C函数正确返回。   不同于x86的参数传递规则，ATPCS建议函数的形参不超过4个，如果形参个数少于或等于4，则形参由R0,R1,R2,R3四个寄存器进行传递；若形参个数大于4，大于4的部分必须通过堆栈进行传递。   我们先讨论一下形参个数为4的情况.实例1：test_asm_args.asm//--------------------------------------------------------------------------------        IMPORT test_c_args ;声明test_c_args函数         AREA TEST_ASM, CODE, READONLY        EXPORT test_asm_argstest_asm_args        STR lr, [sp, #-4]! ;保存当前lr        ldr r0,=0x10               ldr r0,=0x10       ;参数 1         ldr r1,=0x20               ldr r1,=0x20       ;参数 2        ldr r2,=0x30               ldr r2,=0x30       ;参数 3        ldr r3,=0x40       ;参数 4         bl test_c_args             ldr r3,=0x40       ;参数 4         bl test_c_args     ;调用C函数        LDR pc, [sp], #4            LDR pc, [sp], #4    ;将lr装进pc(返回main函数)         ENDtest_c_args.c//--------------------------------------------------------------------------------void test_c_args(int a,int b,int c,int d){        printk("test_c_args:/n");        printk("%0x %0x %0x %0x/n",a,b,c,d);}main.c//--------------------------------------------------------------------------------int main(){     test_asm_args();     for(;;);}   程序从main函数开始执行,main调用了test_asm_args,test_asm_args调用了test_c_args,最后从test_asm_args返回main。代码分别使用了汇编和C定义了两个函数,test_asm_args 和 test_c_args,test_asm_args调用了test_c_args,其参数的传递方式就是向R0~R3分别写入参数值，之后使用bl语句 对test_c_args进行调用。其中值得注意的地方是用红色标记的语句，test_asm_args在调用test_c_args之前必须把当前的 lr入栈，调用完test_c_args之后再把刚才保存在栈中的lr写回pc,这样才能返回到main函数中。   如果test_c_args的参数是8个呢？这种情况test_asm_args应该怎样传递参数呢？实例2：test_asm_args.asm//--------------------------------------------------------------------------------        IMPORT test_c_args ;声明test_c_args函数         AREA TEST_ASM, CODE, READONLY        EXPORT test_asm_argstest_asm_args       STR lr, [sp, #-4]!         ENDtest_c_args.c//--------------------------------------------------------------------------------void test_c_args(int a,int b,int c,int d){        printk("test_c_args:/n");        printk("%0x %0x %0x %0x/n",a,b,c,d);}main.c//--------------------------------------------------------------------------------int main(){     test_asm_args();     for(;;);}   程序从main函数开始执行,main调用了test_asm_args,test_asm_args调用了test_c_args,最后从test_asm_args返回main。代码分别使用了汇编和C定义了两个函数,test_asm_args 和 test_c_args,test_asm_args调用了test_c_args,其参数的传递方式就是向R0~R3分别写入参数值，之后使用bl语句 对test_c_args进行调用。其中值得注意的地方是用红色标记的语句，test_asm_args在调用test_c_args之前必须把当前的 lr入栈，调用完test_c_args之后再把刚才保存在栈中的lr写回pc,这样才能返回到main函数中。   如果test_c_args的参数是8个呢？这种情况test_asm_args应该怎样传递参数呢？实例2：test_asm_args.asm//--------------------------------------------------------------------------------        IMPORT test_c_args ;声明test_c_args函数         AREA TEST_ASM, CODE, READONLY        EXPORT test_asm_argstest_asm_args       STR lr, [sp, #-4]! ;保存当前lr       ldr r0,=0x1 ;参数 1        ldr r1,=0x2 ;参数 2        ldr r2,=0x3 ;参数 3        ldr r3,=0x4 ;参数 4              ldr r0,=0x1 ;参数 1        ldr r1,=0x2 ;参数 2        ldr r2,=0x3 ;参数 3        ldr r3,=0x4 ;参数 4        ldr r4,=0x8       str r4,[sp,#-4]! ;参数 8 入栈       ldr r4,=0x7       str r4,[sp,#-4]! ;参数 7 入栈       ldr r4,=0x6       str r4,[sp,#-4]! ;参数 6 入栈       ldr r4,=0x5       str r4,[sp,#-4]! ;参数 5 入栈       bl test_c_args_lots       ADD sp, sp, #4     ; 清除栈中 参数 5,本语句执行完后sp指向 参数6        ADD sp, sp, #4     ; 清除栈中 参数 6,本语句执行完后sp指向 参数7        ADD sp, sp, #4     ; 清除栈中 参数 7,本语句执行完后sp指向 参数8        ADD sp, sp, #4     ; 清除栈中 参数 8,本语句执行完后sp指向 lr        LDR pc, [sp],#4            str r4,[sp,#-4]! ;参数 8 入栈       ldr r4,=0x7       str r4,[sp,#-4]! ;参数 7 入栈       ldr r4,=0x6       str r4,[sp,#-4]! ;参数 6 入栈       ldr r4,=0x5       str r4,[sp,#-4]! ;参数 5 入栈       bl test_c_args_lots       ADD sp, sp, #4     ; 清除栈中 参数 5,本语句执行完后sp指向 参数6        ADD sp, sp, #4     ; 清除栈中 参数 6,本语句执行完后sp指向 参数7        ADD sp, sp, #4     ; 清除栈中 参数 7,本语句执行完后sp指向 参数8        ADD sp, sp, #4     ; 清除栈中 参数 8,本语句执行完后sp指向 lr        LDR pc, [sp],#4     ;将lr装进pc(返回main函数)        ENDtest_c_args.c//--------------------------------------------------------------------------------void test_c_args(int a,int b,int c,int d,int e,int f,int g,int h){       printk("test_c_args_lots:/n");       printk("%0x %0x %0x %0x %0x %0x %0x %0x/n",              a,b,c,d,e,f,g,h);}main.c//--------------------------------------------------------------------------------int main(){     test_asm_args();     for(;;);}这部分的代码和实例1的代码大部分是相同的，不同的地方是test_c_args的参数个数和test_asm_args的参数传递方式。在test_asm_args中，参数1～参数4还是通过R0~R3进行传递，而参数5～参数8则是通过把其压入堆栈的方式进行传递，不过要注意这四个入栈参数的入栈顺序，是以参数8->参数7->参数6->参数5的顺序入栈的。直到调用test_c_args之前，堆栈内容如下：sp->+----------+        |  参数5  |       +----------+        |  参数6  |       +----------+        |  参数7  |       +----------+        |  参数8  |       +----------+        |   lr   |       +----------+test_c_args执行返回后，则设置sp,对之前入栈的参数进行清除，最后将lr装入pc返回main函数，在执行 LDR pc, [sp],#4 指令之前堆栈内容如下：        +----------+        |  参数5  |       +----------+        |  参数6  |       +----------+        |  参数7  |       +----------+        |  参数8  |sp->+----------+        |   lr   |       +----------+       ENDtest_c_args.c//--------------------------------------------------------------------------------void test_c_args(int a,int b,int c,int d,int e,int f,int g,int h){       printk("test_c_args_lots:/n");       printk("%0x %0x %0x %0x %0x %0x %0x %0x/n",              a,b,c,d,e,f,g,h);}main.c//--------------------------------------------------------------------------------int main(){     test_asm_args();     for(;;);}这部分的代码和实例1的代码大部分是相同的，不同的地方是test_c_args的参数个数和test_asm_args的参数传递方式。在test_asm_args中，参数1～参数4还是通过R0~R3进行传递，而参数5～参数8则是通过把其压入堆栈的方式进行传递，不过要注意这四个入栈参数的入栈顺序，是以参数8->参数7->参数6->参数5的顺序入栈的。直到调用test_c_args之前，堆栈内容如下：sp->+----------+        |  参数5  |       +----------+        |  参数6  |       +----------+        |  参数7  |       +----------+        |  参数8  |       +----------+        |   lr   |       +----------+test_c_args执行返回后，则设置sp,对之前入栈的参数进行清除，最后将lr装入pc返回main函数，在执行 LDR pc, [sp],#4 指令之前堆栈内容如下：        +----------+        |  参数5  |       +----------+        |  参数6  |       +----------+        |  参数7  |       +----------+        |  参数8  |sp->+----------+        |   lr   |       +----------+二、寄存器预览：原文：http://blog.csdn.net/bitowang/article/details/8488251BL NEXT ；跳转到子程序......... ；NEXT处执行NEXT..........MOV PC,LR ；从子程序返回这里的BL是跳转的意思，LR（R14）保存了返回地址PC（R15）是当前地址，把LR给PC就是从子程序返回这里有一下总结首先1.SP（R13） LR（R14）PC（R15）2.lr(r14）的作用问题，这个lr一般来说有两个作用：1》.当使用bl或者blx跳转到子过程的时候，r14保存了返回地址，可以在调用过程结尾恢复。2》.异常中断发生时，这个异常模式特定的物理R14被设置成该异常模式将要返回的地址。另外注意pc，在调试的时候显示的是当前指令地址，而用mov lr,pc的时候lr保存的是此指令向后数两条指令的地址，大家可以试一下用mov pc,pc，结果得到的是跳转两条指令，这个原因是由于arm的流水线造成的，预取两条指令的结果.3.》我以前看书不懂的地方子程序返回的三种方法现在总结如下1.MOV PC，LR2.BL LR3.在子程序入口处使用以下指令将R14存入堆栈STMFD SP！，{<Regs>,LR}对应的，使用以下指令可以完成子程序的返回LDMFD SP!, {<Regs>,LR}三、LDR伪指令原文：http://blog.csdn.net/axx1611/article/details/2335410/    由于我使用GNU工具链，所以以下的内容都以GNU AS的ARM语法为准。    LDR伪指令的语法形式如下：       LDR <reg>, = <constant-expression>    这个常量表达式<constant-expression>中可以包含Label（在ARM汇编中Label会在连接时解释为一个常数），且其中的常数前不加#符号。    范例demo.s：.equ    STACK_BASE, 0x0c002000.equ    STACK_SIZE, 0x00001000.text    ldr    sp, = STACK_BASE    ldr    sl, = STACK_BASE - STACK_SIZE    ldr    pc, =.equ    STACK_SIZE, 0x00001000.text    ldr    sp, = STACK_BASE    ldr    sl, = STACK_BASE - STACK_SIZE    ldr    pc, =.equ    STACK_SIZE, 0x00001000.text    ldr    sp, = STACK_BASE    ldr    sl, = STACK_BASE - STACK_SIZE    ldr    pc, = entry    这是一个合法的汇编文件，它把堆栈基址设为0x0c002000，栈限设为0x0c001000，然后跳到entry所标识的C程序中执行。    下面我们假设符号“entry”的地址为0x0c000000。    我们如果把上面代码写成：.text    mov    sp, #0x0c002000    mov    sl, #0x0c001000    mov    pc, #0x0c000000    mov    sp, #0x0c002000    mov    sl, #0x0c001000    mov    pc, #0x0c000000    汇编器会报错：        demo.s: Assembler messages:        demo.s:2: Error: invalid constant -- `mov sp,#0x0c002000'        demo.s:3: Error: invalid constant -- `mov sl,#0x0c001000'    说起这个错误的原因可就话长了，简而言之是因为RISC有一个重要的概念就是所有指令等长。在ARM指令集中，所有指令长度为4字节（Thumb指令是2字节）。那问题就来了，4字节是不可能同时存的下指令控制码和32位立即数的，那么我要把一个32位立即数（比如一个32位地址值）传送给寄存器该怎么办？    RISC CPU提供一个通用的方法就是把地址值作为数据而不是代码，从存储器中相应的位置读入到寄存器中，待会我们会看到这样的例子。    此外ARM还提供另一种方案。由于传送类指令的指令控制码部分（cond, opcode, S, Rd, Rn域）占去了20个字节，那能提供给立即数的就只剩12个位了。    ARM并未使用这12个位来直接存一个12位立即数，而是使用了类似有效数字一样的概念，只存8个位的有效位和一个4位的位偏移量（偏移单位为2）。这个东西在ARM被叫做术语immed_8，有兴趣的人可以找资料了解一下，到处都有介绍。    可以看出ARM的这个方法能直接使用的立即数是相当有限的，像0xfffffff0这样的数显然无法支持。别着急，ARM的传送类指令中还有一个MVN指令可以解决该问题。显然0x0000000f是一个有效立即数，MVN会先将其取反再传送，这样有效立即数的范围又扩充了一倍。    可就算如此仍有大量的32位立即数是无效的，比如上面那个例子中的0x0c002000和0x0c001000。面对这种问题一是使用RISC的通用方法，二是分次载入。    比如可以这样载入0x0c002000：.text    mov    sp, #    mov    sp, #0x0c000000    add    sp, sp, #0x00002000    或者：.text    mov    sp, #    mov    sp, #0x0c000000    orr    sp, sp, #0x00002000    感觉很狡猾是吧，呵呵。但是要注意它和方法一的一大区别：需要多条指令。那么在一些对指令数目有限制的场合就无法使用它，比如异常向量表处要做长跳转（超过±32MB）的话就只能用方法一；还有就是在同步事务中该操作不是原子的，因此可能需要加锁。    扯了这么多再回到LDR伪指令上来。显然上面的内容是复杂繁琐的，如果然程序员在写程序的时候还要考虑某个数是不是immed_8一定超级麻烦，因此为了减轻程序员的负担才引入了LDR伪指令。    你一定很好奇第一段代码demo.s被GNU AS变成了什么，好，让我们在Linux环境下执行下面的命令：        arm-elf-as -o demo.o demo.s        arm-elf-objdump -D demo.o   结果：demo.o:     file format elf32-littlearmDisassembly of section .text:Disassembly of section .text:00000000 <.text>:      0:   e59fd004        ldr     sp, [pc, #4]    ; c <.text+0xc>   4:   e59fa004        ldr     sl, [pc, #4]    ; 10 <.text+0x10>   8:   e59ff004        ldr     pc, [pc, #4]    ; 14 <.text+0x14>   c:   0c002000        stceq   0, cr2, [r0]    10:   0c001000        stceq   0, cr1, [r0]    14:   00000000        andeq   r0, r0, r0Disassembly of section .data:Disassembly of section .data:    由于entry还没连上目标地址，objdump反汇编会认为是0，我们先不管它。另外两条LDR伪指令变成了实际的LDR指令！但目标很奇怪，都是[pc, #4]。那好我们看看[pc, #4]是什么。    我们知道pc中存放的是当前指令的下下条指令的位置，也就是. + 8。那么上面的第一条指令ldrsp, [pc, #4]中的pc就是0x8，pc + 4就是0xc，而[0xc]的内容正是0x0c002000；同理，第二条ldr指令也是如此。显然这里LDR伪指令采用的是RISC通用的方法。    另外要说的是，如果LDR的是一个immed_8或者immed_8的反码数，则会直接被解释成mov或mvn指令。如ldr pc, = 0x0c000000会被解释成mov pc, 0x0c000000。    最后一点补充，我发现arm-elf-gcc通常都用累加法。如C语句中的i = 0x100ffc04;会变成类似于以下的语句：       mov   r0, #0x10000004       add   r0, r0, #0x000ff000       add   r0, r0, #0x00000c00       ...    原因不详。    另外要说的是，如果LDR的是一个immed_8或者immed_8的反码数，则会直接被解释成mov或mvn指令。如ldr pc, = 0x0c000000会被解释成mov pc, 0x0c000000。    最后一点补充，我发现arm-elf-gcc通常都用累加法。如C语句中的i = 0x100ffc04;会变成类似于以下的语句：       mov   r0, #0x10000004       add   r0, r0, #0x000ff000       add   r0, r0, #0x00000c00       ...    原因不详。    这是一个合法的汇编文件，它把堆栈基址设为0x0c002000，栈限设为0x0c001000，然后跳到entry所标识的C程序中执行。    下面我们假设符号“entry”的地址为0x0c000000。    我们如果把上面代码写成：.text    mov    sp, #0x0c002000    mov    sl, #0x0c001000    mov    pc, #0x0c000000    mov    sp, #0x0c002000    mov    sl, #0x0c001000    mov    pc, #0x0c000000    mov    sp, #0x0c002000    mov    sl, #0x0c001000    mov    pc, #0x0c000000    汇编器会报错：        demo.s: Assembler messages:        demo.s:2: Error: invalid constant -- `mov sp,#0x0c002000'        demo.s:3: Error: invalid constant -- `mov sl,#0x0c001000'    说起这个错误的原因可就话长了，简而言之是因为RISC有一个重要的概念就是所有指令等长。在ARM指令集中，所有指令长度为4字节（Thumb指令是2字节）。那问题就来了，4字节是不可能同时存的下指令控制码和32位立即数的，那么我要把一个32位立即数（比如一个32位地址值）传送给寄存器该怎么办？    RISC CPU提供一个通用的方法就是把地址值作为数据而不是代码，从存储器中相应的位置读入到寄存器中，待会我们会看到这样的例子。    此外ARM还提供另一种方案。由于传送类指令的指令控制码部分（cond, opcode, S, Rd, Rn域）占去了20个字节，那能提供给立即数的就只剩12个位了。    ARM并未使用这12个位来直接存一个12位立即数，而是使用了类似有效数字一样的概念，只存8个位的有效位和一个4位的位偏移量（偏移单位为2）。这个东西在ARM被叫做术语immed_8，有兴趣的人可以找资料了解一下，到处都有介绍。    可以看出ARM的这个方法能直接使用的立即数是相当有限的，像0xfffffff0这样的数显然无法支持。别着急，ARM的传送类指令中还有一个MVN指令可以解决该问题。显然0x0000000f是一个有效立即数，MVN会先将其取反再传送，这样有效立即数的范围又扩充了一倍。    可就算如此仍有大量的32位立即数是无效的，比如上面那个例子中的0x0c002000和0x0c001000。面对这种问题一是使用RISC的通用方法，二是分次载入。    比如可以这样载入0x0c002000：.text    mov    sp, #    mov    sp, #    mov    sp, #0x0c000000    add    sp, sp, #0x00002000    或者：.text    mov    sp, #    mov    sp, #    mov    sp, #0x0c000000    orr    sp, sp, #0x00002000    感觉很狡猾是吧，呵呵。但是要注意它和方法一的一大区别：需要多条指令。那么在一些对指令数目有限制的场合就无法使用它，比如异常向量表处要做长跳转（超过±32MB）的话就只能用方法一；还有就是在同步事务中该操作不是原子的，因此可能需要加锁。    扯了这么多再回到LDR伪指令上来。显然上面的内容是复杂繁琐的，如果然程序员在写程序的时候还要考虑某个数是不是immed_8一定超级麻烦，因此为了减轻程序员的负担才引入了LDR伪指令。    你一定很好奇第一段代码demo.s被GNU AS变成了什么，好，让我们在Linux环境下执行下面的命令：        arm-elf-as -o demo.o demo.s        arm-elf-objdump -D demo.o   结果：demo.o:     file format elf32-littlearmDisassembly of section .text:Disassembly of section .text:Disassembly of section .text:00000000 <.text>:         0:   e59fd004        ldr     sp, [pc, #4]    ; c <.text+0xc>   4:   e59fa004        ldr     sl, [pc, #4]    ; 10 <.text+0x10>   8:   e59ff004        ldr     pc, [pc, #4]    ; 14 <.text+0x14>   c:   0c002000        stceq   0, cr2, [r0]      10:   0c001000        stceq   0, cr1, [r0]      14:   00000000        andeq   r0, r0, r0Disassembly of section .data:Disassembly of section .data:Disassembly of section .data:    由于entry还没连上目标地址，objdump反汇编会认为是0，我们先不管它。另外两条LDR伪指令变成了实际的LDR指令！但目标很奇怪，都是[pc, #4]。那好我们看看[pc, #4]是什么。    我们知道pc中存放的是当前指令的下下条指令的位置，也就是. + 8。那么上面的第一条指令ldrsp, [pc, #4]中的pc就是0x8，pc + 4就是0xc，而[0xc]的内容正是0x0c002000；同理，第二条ldr指令也是如此。显然这里LDR伪指令采用的是RISC通用的方法。    另外要说的是，如果LDR的是一个immed_8或者immed_8的反码数，则会直接被解释成mov或mvn指令。如ldr pc, = 0x0c000000会被解释成mov pc, 0x0c000000。    最后一点补充，我发现arm-elf-gcc通常都用累加法。如C语句中的i = 0x100ffc04;会变成类似于以下的语句：       mov   r0, #0x10000004       add   r0, r0, #0x000ff000       add   r0, r0, #0x00000c00       ...    原因不详。    另外要说的是，如果LDR的是一个immed_8或者immed_8的反码数，则会直接被解释成mov或mvn指令。如ldr pc, = 0x0c000000会被解释成mov pc, 0x0c000000。    最后一点补充，我发现arm-elf-gcc通常都用累加法。如C语句中的i = 0x100ffc04;会变成类似于以下的语句：       mov   r0, #0x10000004       add   r0, r0, #0x000ff000       add   r0, r0, #0x00000c00       ...    原因不详。    另外要说的是，如果LDR的是一个immed_8或者immed_8的反码数，则会直接被解释成mov或mvn指令。如ldr pc, = 0x0c000000会被解释成mov pc, 0x0c000000。    最后一点补充，我发现arm-elf-gcc通常都用累加法。如C语句中的i = 0x100ffc04;会变成类似于以下的语句：       mov   r0, #0x10000004       add   r0, r0, #0x000ff000       add   r0, r0, #0x00000c00       ...    原因不详。    另外要说的是，如果LDR的是一个immed_8或者immed_8的反码数，则会直接被解释成mov或mvn指令。如ldr pc, = 0x0c000000会被解释成mov pc, 0x0c000000。    最后一点补充，我发现arm-elf-gcc通常都用累加法。如C语句中的i = 0x100ffc04;会变成类似于以下的语句：       mov   r0, #0x10000004       add   r0, r0, #0x000ff000       add   r0, r0, #0x00000c00       ...    原因不详。    另外要说的是，如果LDR的是一个immed_8或者immed_8的反码数，则会直接被解释成mov或mvn指令。如ldr pc, = 0x0c000000会被解释成mov pc, 0x0c000000。    最后一点补充，我发现arm-elf-gcc通常都用累加法。如C语句中的i = 0x100ffc04;会变成类似于以下的语句：       mov   r0, #0x10000004       add   r0, r0, #0x000ff000       add   r0, r0, #0x00000c00       ...    原因不详。    最后一点补充，我发现arm-elf-gcc通常都用累加法。如C语句中的i = 0x100ffc04;会变成类似于以下的语句：       mov   r0, #0x10000004       add   r0, r0, #0x000ff000       add   r0, r0, #0x00000c00       ...    原因不详。    另外要说的是，如果LDR的是一个immed_8或者immed_8的反码数，则会直接被解释成mov或mvn指令。如ldr pc, = 0x0c000000会被解释成mov pc, 0x0c000000。    最后一点补充，我发现arm-elf-gcc通常都用累加法。如C语句中的i = 0x100ffc04;会变成类似于以下的语句：       mov   r0, #0x10000004       add   r0, r0, #0x000ff000       add   r0, r0, #0x00000c00       ...    原因不详。

看下面这个ARM汇编吧

 我们知道ARM CPU中有一条被广泛使用的指令LDR，它主要是用来从存储器（确切地说是地址空间）中装载数据到通用寄存器。但不论是ARMASM还是GNU ARM AS，都提供了一条与之同名的伪指令LDR，而在实际中使用该伪指令的情况也较多，那他们有什么不同呢？下面我谈谈我的理解。