硬件开发2-汇编2（ARMv7-A）- 裸机开发

一、指令

1、b（Branch）

原型：B<c> <label>

作用：实现无条件跳转，常用于不返回的跳转场景

特点：仅跳转到目标地址，不保存返回地址

示例：b reset         ;跳转到reset标号处执行

2、bl（Branch with Link）

原型： BL<label>

作用：硬件自动将返回地址（PC+4 或 PC+2）存入 LR （带链接的跳转，用于子程序调用，跳转前将返回地址（PC+4）保存到链接寄存器 LR（R14））

特点：子程序执行完毕后可通过 mov pc, lr 或 bx lr 返回调用点

示例：

注意事项：一个嵌套可用，大于两个嵌套以上，需要搭配栈来使用（用法如下）

3、bx lr

原型：BX{<cond>} <Rm>

作用：将程序计数器（PC）设置为链接寄存器（LR/R14）中保存的地址，实现函数返回

特点：BX LR 将 LR 的值加载到 PC，恢复原程序流

示例：

4、stmdb 压栈

原型：STMDB<c><Rn>{!}，<registers>

作用：保护现场/恢复现场（压栈/弹栈）

         压栈操作，ARM通常默认采用满递减栈，栈指针先减后存或先读后增

参数：

• <Rn> 是栈顶指针寄存器，通常为栈指针 SP（R13），指向当前栈顶位置
• ! 后缀的作用：
  • 不加！：仅按指令操作存储数据，不更新基址寄存器（SP 的值不变）
  • 加！ ：存储完成后，自动更新基址寄存器（SP = SP - 4*N，N 为寄存器数量）
    • 压栈保存寄存器，同时更新栈指针

• <registers> 的存储规则（入栈出栈的寄存器列表）:

  • 存储顺序：寄存器按编号从大到小依次存储（如 R3→R2→R1→R0）

  • 内存地址：基址先递减，再存储

使用要点： 栈顶指针寄存器初始化
                    mov sp, #0x40001000  : 报错非立即数    
                    ldr sp,    =0x40001000
                    魔术棒 -> Target->IRAM1：#0x40000000     size:0x1000

示例：

5、ldmfd 弹栈

原型：LDMFD{<cond>} SP!, {<registers>}

作用：恢复现场

        从栈中按低地址到高地址依次加载恢复数据到寄存器，并递增栈指针（弹栈方向与压栈相反）

用法：类似stmdb

示例：同上

6、ldr 普通加载数据

原型：LDR<c> <Rt>, <label>

作用：加载非立即数寄存器中（初始化寄存器 、加载常量数据）

特点：

• 用于加载 32 位立即数（ARM 指令不能直接加载 32 位立即数，ldr = 是一种伪指令）

示例：

        ldr r0, =0x40001000 ; 将地址 0x40001000 存入 r0

7、ldr 类(*p)操作

原型：

作用：从 内存地址 加载数据到寄存器（类指针操作）

特点：对应的是C语言中的 *p（指针解引用）

示例：

   ---      ldr r0, [r1]                         ; 将 r1 指向的内存数据加载到 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、汇编调用C语言

1、流程

(1) 创建main.c

(2) 在main中声明将要在filename.s文件中将要使用的文件 extern void c_add(void);

(3) 导入 import +文件名； （keil当中要求）导出文件文件用export +文件名

(4) 保护现场 bl函数调用 恢复现场

(5) 解决编译报错：

        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.

解决办法：在.s文件开头 写上

                   栈对齐伪指令：preserve8 用于确保函数调用时栈指针保持 8 字节对齐

(6) 创建工程自动添加了启动代码报错

(7)重设软件配置  ---（魔术棒）

• 魔术棒 -> Debug -> Use Simulator->Run to main(取消)
• 魔术棒 -> Linker -> Use Memory Layout from Taget Dialog(勾选)
• 魔术棒 -> Taget -> ROM1 -> Start： 0x0 Size：0x2000

(8)函数传参：基本参数只能传递四个超出部分需采用压栈传递

例：

main.c

start.s

2、 ARM的7种异常类型

异常类型	触发条件	进入模式	优先级
复位（Reset）	上电或硬件复位	管理模式（SVC）	1（最高）
数据中止（Data Abort）	非法内存访问（如缺页）	中止模式（ABT）	2
快速中断（FIQ）	高优先级外设中断（如DMA）	FIQ模式	3
普通中断（IRQ）	常规外设中断（如定时器）	IRQ模式	4
预取中止（Prefetch Abort）	指令预取失败	中止模式（ABT）	5
软件中断（SWI/SVC）	SVC 指令触发（系统调用）	管理模式（SVC）	6
未定义指令	执行未知指令	未定义模式（UND）	7（最低）

3、ARM汇编调用C函数

（1）前4个参数：依次通过寄存器 R0、R1、R2、R3 传递。

（2）超过4个参数：剩余参数按从右向左的顺序压栈（栈内存传递）。

（3）返回值：

        32位整数：通过 R0 返回。

        64位整数：通过 R0（低32位）和 R1（高32位）返回。

        浮点数：通过 S0（单精度）或 D0（双精度）返回

三、ARM 裸机开发环境搭建

        ；标准伪指令

        preserve8                                ；

        area reset, code, readonly

        code32

        entry

        

        ;<1>

        ldr pc, =start_hander                 ; 复位异常（Reset）

        ldr pc, =undefine_hander           ; 未定义指令异常

        ldr pc, =software_hander           ; 软件中断（SWI/SVC）

        ldr pc, =prefetch_hander            ; 预取中止异常

        ldr pc, =data_hander                  ; 数据中止异常

        nop                                              ; 保留位（ARMv5+）

        ldr pc, =irq_hander                      ; 普通中断（IRQ）

        ldr pc, =fiq_hander                      ; 快速中断（FIQ）

undefine_hander

        b undefine_hander
        import software_vector

software_hander

        stmfd sp!, {r0-r12, lr}                     ; 保存寄存器现场

        bl software_vector                         ; 调用C函数处理SWI

        ldmfd sp!, {r0-r12, pc}^                  ; 恢复现场并返回（^表示恢复CPSR）

；注意：此处使用^修饰符，表示同时将SPSR恢复到CPSR（用于模式切换）

；默认异常处理均为死循环，实际项目中需替换为具体逻辑

prefetch_hander

        b prefetch_hander                         ; 预取中止死循环

data_hander

        b data_hander                               ; 数据中止死循环

irq_hander

        b irq_hander                                 ; IRQ死循环

fiq_hander

        b fiq_hander                                 ; FIQ死循环

   

；SWI触发函数

       export  asm_swi_fun
asm_swi_fun
       swi #7                                            ；触发软件中断（编号7）

       bx lr                                                ；返回调用者

start_hander ；(主开始位置)

        ldr sp, =0x40001000                 ; 设置栈指针初始位置<2>

        import main                               ; 声明外部C入口函数

；切换处理器模式到用户模式（CPSR.M[4:0] = 0x10），并启用中断（清除I-bit）<3>

        mrs r0, cpsr                               ; 读取CPSR

        bic r0, r0, #(0x1F << 0)             ; 清除模式位

        bic r0, r0, #(1 << 7)                   ; 清除中断禁止位（I-bit）

        orr r0, r0, #(0x10 << 0)              ; 设置为用户模式（0x10）

        msr cpsr_c, r0                            ; 写回CPSR

；重新设置用户模式

        ldr sp, =0x40001000                   ; 重新设置栈指针

        sub sp, sp, #1024                       ; 预留栈空间（1KB）

        b main                                        ; 跳转到C的main函数

    end
 

知识点：

1、中断向量表

位置：必须位于0x00000000地址（或可通过VBAR重定位）

组成：8个32位条目，按固定顺序对应不同异常类型

跳转方式：

     ldr pc, =handler：支持全地址范围跳转

      b handler：仅支持±32MB范围跳转

2、栈设置：
        在进入用户模式前，先设置一次栈（ldr sp, =0x40001000），这是为了在切换模式前确保栈有效（因为不同模式有各自的SP寄存器）
        切换到用户模式后，再次设置栈指针并预留空间（sub sp, sp, #1024），避免用户程序栈溢出破坏其他数据

3、ARM处理器中 CPSR（当前程序状态寄存器）的模式位

模式值（十六进制）	模式名称	英文全称	用途说明
0x10	用户模式	User Mode	运行普通应用程序的非特权模式，无法直接访问硬件资源或执行特权指令。
0x11	FIQ模式	Fast Interrupt Mode	处理高速中断（FIQ），有专用的寄存器（R8-R14_fiq），用于低延迟中断响应。
0x12	IRQ模式	Interrupt Mode	处理普通中断（IRQ），比 FIQ 优先级低，用于一般外设中断。
0x13	SVC模式	Supervisor Mode	操作系统内核模式（如 Linux 的 Kernel Mode），用于处理软件中断（SWI/SVC）。
0x17	Abort模式	Abort Mode	当发生内存访问异常（如缺页或权限错误）时进入此模式。
0x1B	Undef模式	Undefined Mode	当执行未定义指令时触发，用于模拟浮点指令或扩展指令集。

特权级别：
        特权模式（0x11-0x1B）：可以访问所有系统资源和 CPSR 寄存器
        非特权模式（0x10）：限制访问硬件和关键寄存器

典型应用场景：
        用户程序运行在 User Mode（0x10）
        操作系统通过 SVC 指令触发 SVC Mode（0x13）执行系统调用
        硬件中断自动切换至 IRQ/FIQ Mode（0x12/0x11）

模式切换权限：

        只有特权模式（如 SVC）才能修改 CPSR 的模式位，用户模式尝试修改会触发异常。

模式自动切换：

        中断/异常发生时，处理器会自动切换到对应模式（如 IRQ → 0x12）。

寄存器组差异：

        某些模式（如 FIQ）有专用寄存器（R8-R14_fiq），可加速中断处理