<think>我们正在分析一个ARM汇编程序。首先,我们逐步执行代码并记录寄存器的变化。程序入口是MAIN。1.MAIN部分:-MOVR1,#0x10→R1=0x10-MOVR2,#0x20→R2=0x20-MOVR3,#0x30→R3=0x30-LDRSP,=StackUser+29*4;设置堆栈指针,指向StackUser区域偏移29*4(即116字节)的位置。因为SPACE30*4分配了120字节,所以StackUser+116是堆栈的顶部(满递减堆栈)。-BLSUB1;调用子程序SUB1:将下一条指令(即B.)的地址保存到LR,然后跳转到SUB1。2.SUB1子程序:-STMFDSP!,{R0-R7,LR};将R0到R7以及LR(返回地址)压入堆栈(满递减堆栈,所以先减小SP,然后存储)。注意:压栈顺序是R0到R7和LR,但因为是满递减,存储顺序是LR(最高地址)然后R7到R0(最低地址)。但是,由于我们只关心R1,R2,R3,注意它们被保存了,但是后面又被修改了。-然后执行:MOVR3,R1;R3=R1=0x10MOVR1,R2;R1=R2=0x20MOVR2,R3;R2=R3=0x10因此,交换了R1和R2的值。此时:R1=0x20R2=0x10R3=0x10(注意:R3最初是0x30,但被覆盖为0x10)-然后调用BLDELAY:将返回地址(即LDMFD指令的地址)存入LR,然后跳转到DELAY。3.DELAY子程序:-MOVR3,#100;R3=100-DELAY_L1:SUBSR3,R3,#1;R3减1,并设置标志位(如果结果为0,则Z标志置1)BNEDELAY_L1;如果结果不为0(Z=0)则循环循环100次后,R3变为0,然后退出循环。-MOVPC,LR;返回到SUB1中的BLDELAY的下一条指令(即LDMFD指令)。4.返回SUB1:-执行LDMFDSP!,{R0-R7,PC};从堆栈中弹出R0-R7以及LR(但这里弹出到PC,所以同时返回)。注意:在STMFD时,我们压入了R0-R7和LR。而LDMFD会按顺序弹出到R0-R7和PC(因为PC对应的是之前压入的LR,即返回地址)。这样,程序就返回到MAIN中BLSUB1的下一条指令,即“B.”(无限循环)。但是,注意在SUB1中我们修改了R0-R7,包括R1,R2,R3,然后通过堆栈恢复了它们(因为压入了R0-R7并在返回时弹出)。所以在返回到MAIN后,R0-R7的值应该和调用SUB1之前一样(除了被修改的R0-R7在SUB1中被修改,但恢复后变回原值?不,这里在SUB1中压栈时,R0-R7被保存,然后我们在SUB1中修改了它们,但是最后通过弹栈又恢复了。所以调用SUB1不会改变MAIN中的R0-R7,包括R1,R2,R3。但是,注意在SUB1中,我们只修改了R1,R2,R3(还有R3被用于暂存),而R0,R4-R7没有被修改(但是也保存了,所以恢复的时候还是原来的值)。然而,在DELAY中,我们修改了R3(赋值为100,然后减到0),但是DELAY结束后没有恢复(因为DELAY是叶子程序,没有保存寄存器)。所以,在SUB1中,在调用DELAY后,R3的值变为0(因为DELAY中R3被修改了)。但是在SUB1的最后,我们通过LDMFD恢复了之前保存的寄存器(包括R3)。所以,在SUB1中,执行DELAY后,R3的值是0,但是当我们弹出堆栈时,R3被恢复为进入SUB1之前的值(即0x30,因为MAIN中初始化的是0x30,而进入SUB1后,STMFD保存了包括R3在内的所有寄存器)。因此,在SUB1中,执行完DELAY后,R3的值是0,但是接着LDMFD会恢复R3(以及R0-R7)为进入SUB1时的值(也就是MAIN中的值:R1=0x10,R2=0x20,R3=0x30)。所以在返回到MAIN后,R1,R2,R3的值还是0x10,0x20,0x30。但是,这里有一个细节:在SUB1中,我们做了交换,但是交换的只是R1和R2,并且使用了R3作为临时寄存器。在交换后,R3被修改为0x10,然后我们调用DELAY,在DELAY中R3被修改为0。然后在SUB1的LDMFD指令中,我们从堆栈中弹出原来的R3(0x30)到R3,所以R3恢复为0x30。因此,在SUB1中,执行BLDELAY之前,执行MOVR2,R3之后,R1,R2,R3的值分别是:R1=0x20,R2=0x10,R3=0x10但是,在DELAY执行后,R3变为0。而在SUB1返回前(LDMFD之前),R1,R2,R3的值是:R1=0x20,R2=0x10,R3=0(因为DELAY修改了R3)。然后,LDMFD恢复R0-R7(包括R3恢复为0x30)和PC。所以,在MAIN中,执行完BLSUB1后,R1,R2,R3的值没有变化,还是0x10,0x20,0x30。现在,我们回答问题:1.在程序执行BLSUB1之前,R1、R2、R3的值分别是?R1=0x10R2=0x20R3=0x302.在程序执行完BLSUB1之后,R1、R2、R3的值分别是?由于在SUB1中修改了R1,R2,R3,但最后通过堆栈恢复了,所以还是0x10,0x20,0x30。3.在执行子程序SUB1时,在执行BLDELAY指令之前,执行MOVR2,R3指令之后,R1、R2、R3中寄存的值是什么?此时已经完成了交换:R1=0x20R2=0x10(因为R3的值是0x10,所以MOVR2,R3后,R2=0x10)R3=0x10(在MOVR2,R3之前,R3已经由MOVR3,R1设置为0x10)4.循环结构的代码是DELAY中的循环:DELAY_L1:SUBSR3,R3,#1BNEDELAY_L1该循环的循环体执行了100次(因为一开始设置R3=100,每次减1,直到0,循环100次)。5.如果把SUBS改为SUB(不带S后缀),那么循环条件判断会出错。因为SUB指令不会设置标志位,所以后面的BNE指令会使用之前操作的标志位,这可能导致循环次数不正确(甚至无限循环)。因为BNE判断的是Z标志,而Z标志由上一条影响标志位的指令设置(SUBS会设置,而SUB不会)。因此,改为SUB后,BNE使用的可能是之前操作的标志,导致循环次数错误。6.BL和B指令的异同:-相同点:两者都是跳转指令,用于改变程序执行流程。-不同点:BL指令在跳转之前会将返回地址(下一条指令的地址)保存到LR寄存器中,用于子程序返回;而B指令只是单纯的跳转,不保存返回地址。因此,BL用于函数调用,B用于无条件跳转。现在,我们按问题顺序回答:问题1答案:R1=0x10,R2=0x20,R3=0x30问题2答案:R1=0x10,R2=0x20,R3=0x30问题3答案:R1=0x20,R2=0x10,R3=0x10问题4答案:循环代码是SUBS和BNE两条指令,循环体执行100次。问题5答案:如果改为SUB,循环体可能不会执行100次(因为不设置标志位,BNE使用的是之前的标志位),可能导致死循环或者提前退出。原因就是SUB不设置条件标志位,BNE使用的标志位是旧的,可能不是基于当前减法结果。问题6答案:BL指令在跳转前将返回地址存入LR,用于子程序返回;B指令仅跳转,不保存返回地址。注意:在回答中,我们假设堆栈操作正确,且没有其他影响。在ARM中,STMFD和LDMFD是满递减堆栈操作。§§相关问题§§:1.ARM汇编中,STMFD和LDMFD指令是如何工作的?请解释压栈和出栈的具体过程。2.在ARM的汇编子程序中,通常需要保存哪些寄存器?为什么?3.条件执行(如SUBS中的S后缀)在ARM指令集中有什么作用?请举例说明。4.在子程序调用时,如何传递参数和返回值?请用ARM汇编代码举例说明。</think>
### ARM汇编程序执行分析
#### 问题解答:
1. **执行`BL SUB1`之前,寄存器值**:
- R1 = `0x10`
- R2 = `0x20`
- R3 = `0x30`
> **解释**:在`MAIN`标签下执行了三条`MOV`指令,分别将立即数加载到寄存器。
2. **执行完`BL SUB1`之后,寄存器值**:
- R1 = `0x10`(恢复原值)
- R2 = `0x20`(恢复原值)
- R3 = `0x30`(恢复原值)
> **解释**:`SUB1`子程序通过`STMFD`保存寄存器原值,结束时通过`LDMFD`恢复所有寄存器(包括R1-R3)。
3. **执行`MOV R2, R3`后(`BL DELAY`前),寄存器值**:
- R1 = `0x20`(交换后)
- R2 = `0x10`(交换后)
- R3 = `0x10`(临时值)
> **解释**:在`SUB1`中执行了交换操作:
> ```armasm
> MOV R3, R1 ; R3 = 0x10
> MOV R1, R2 ; R1 = 0x20
> MOV R2, R3 ; R2 = 0x10
> ```
4. **循环结构代码及执行次数**:
```armasm
DELAY_L1
SUBS R3, R3, #1 ; 循环计数器减1
BNE DELAY_L1 ; 结果非零则继续循环
```
> **循环体执行次数**:100次(R3初值=100)
5. **指令`SUBS`改为`SUB`的影响**:
- **功能变化**:循环将无限执行(死循环)
- **原因**:`SUB`指令不更新条件标志位(CPSR),导致`BNE`始终判断旧标志位而无法退出循环
6. **`BL`与`B`指令的区别**:
- **相同点**:均用于程序跳转
- **不同点**:
| 指令 | 返回地址保存 | 用途 |
|------|--------------|------------------|
| `BL` | 自动存到LR | 子程序调用 |
| `B` | 不保存 | 无条件跳转 |
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### 关键执行流程解析
```armasm
MAIN
MOV R1, #0x10 ; R1 = 0x10
MOV R2, #0x20 ; R2 = 0x20
MOV R3, #0x30 ; R3 = 0x30
LDR SP, =StackUser+29*4 ; 设置堆栈指针
BL SUB1 ; 调用子程序(LR = 下条指令地址)
B . ; 无限循环(程序终点)
SUB1
STMFD SP!, {R0-R7, LR} ; 保存寄存器到堆栈
MOV R3, R1 ; R3 = 0x10
MOV R1, R2 ; R1 = 0x20
MOV R2, R3 ; R2 = 0x10 (完成R1/R2交换)
BL DELAY ; 调用延时子程序
LDMFD SP!, {R0-R7, PC} ; 恢复寄存器并返回
DELAY
MOV R3, #100 ; 循环计数器初始化
DELAY_L1
SUBS R3, R3, #1 ; 计数器减1(更新标志位)
BNE DELAY_L1 ; Z=0时继续循环
MOV PC, LR ; 返回调用点
```
> **堆栈操作解析**:
> - `STMFD SP!, {regs}`:满递减堆栈,按**高编号寄存器先入栈**顺序
> - 入栈顺序:LR → R7 → R6 → ... → R0
> - 出栈顺序:R0 → R1 → ... → R7 → PC(自动跳转)
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