ARM裸机开发-汇编基础

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原创 2026-09-20 01:45:54 444 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

000_<ARM9从裸机到Linux操作系统>____ARM9裸机开发 ARM裸奔程序设计心得注：这篇文章是我半年前贴上来的，随着不断学习，感觉这篇文章还有一些不妥之处。所以又进行了一些修改。文章中绿字处都是后来修改的，嘻嘻。我是一名在读大三学生，计算机专业，接触嵌入式已有半年时间。从开始的一窍不通，到现在的刚刚入门，感觉自己有一定的收获。嵌入式对计算机专业或电子相关专业都适合。计算机专业的强项在于软件知识，如操作系统。电子相关专业在于硬件阅读详情

本系列学习ARM开发以imx6ull芯片为参考，本篇为在keil平台使用仿真模拟的学习过程，使用真机在VScode上，请移步下篇文章。

一.基本指令

1.mov指令

//加载12位立即数到寄存器或转移一个寄存器的值到另外一个寄存器；
MOV{S}<c> <Rd>, #<const>
mov r0, #1 ；加载立即数1到寄存器r0
MOV{S}<c> <Rd>, <Rm>
mov r1, r0 ；将r0寄存器的值加载到r1

2.add指令

ADD{S}<c> <Rd>, <Rn>, #<const>

ADD R0, R1, #1 ; R0 = R1 + 1，不更新标志
ADDS R0, R1, #0xFF ; R0 = R1 + 0xFF，更新N/Z/C/V

ADD{S}<c> <Rd>, <Rn>, <Rm>{, <shift>}    //shift 指的是“移位操作”

ADD R0, R1, R2 ; R0 = R1 + R2
ADD R0, R1, R2, LSL #2 ; R0 = R1 + (R2 << 2)

3.sub指令

SUB{S}<c> <Rd>, <Rn>, #<const>

SUB R0, R1, #5 ; R0 = R1 − 5，不更新标志
SUBS R0, R1, #0x10 ; R0 = R1 − 0x10，更新N/Z/C/V

SUB{S}<c> <Rd>, <Rn>, <Rm>{, <shift>}

SUB R0, R1, R2 ; R0 = R1 − R2
SUB R0, R1, R2, LSL #1 ; R0 = R1 − (R2 << 1)

4.ldr与str指令

ldr：

功能1：将非立即数加载到通用寄存器
LDR{<c>}{<q>} <Rt>, <label>

例：如ldr r0, =0x2FAB4

功能2：将RAM中的数据加载到通用寄存器
LDR<c> <Rt>, [<Rn>{, #+/-<imm12>}]

例：ldr r0，[r1，＃4]；将内存地址为R1+4的字数据读入寄存器R0

LDR<c> <Rt>, [<Rn>], #+/-<imm12>

例：ldr r0, [r1], #8 ;将内存地址R1的字数据读入r0,之后r1+8

LDR<c> <Rt>, [<Rn>, #+/-<imm12>]!

例：LDR R0，[R1，＃8] ！ ；将存储器地址为R1+8的字数据读入寄存器R0，并将新地址R1＋8写入R1。

str：

与ldr作用相反，将通用寄存器中的值写入到RAM中
str r1, [r0]         ;*r0 = r1
str r1, [r0, #4]     ;*(r0 + 1) = r1
str r1, [r0], #4     ;*r0++ = r1
str r1, [r0, #4]!     ;*++r0 = r1

ldr与str结合使用

LDR R0, =0x40000000   ; R0 = 目标内存地址（伪指令）
LDR R1, [R0]          ; R1 = 从 R0 指向的地址读取一个字（32位）
ADD R1, R1, #1        ; R1 = R1 + 1
STR R1, [R0]          ; 把 R1 写回 R0 指向的地址

5.bic与orr指令

bic：

将某个通用寄存器清零（操作数中为bit1的位清0)，清0结果写回到通用寄存器。
BIC{S}<c> <Rd>, <Rn>, #<const>；
将rn中的字数据const为1的比特清零，把结果放入rd。

例：
MOV r0, 0x11
BIC r1, r0, #1   ; 把 r0 的第 0 位清零，结果为0x10，存到 r1，r0 不变

orr：

将某个通用寄存器置1（操作数中为bit1的位置1)，置1结果写回到通用寄存器

例：
ORR r1, r0, #(1 << 3) ; r1 = r0 | 0x08，r0 原值不变

bic与orr结合使用：

BIC r0, r0, #(0x7 << 4)  ; 先把第4~6位清零（避免脏数据）
ORR r0, r0, #(0x3 << 4)  ; 再把新值 0b011 写入第4~6位

6.CMP与b指令：

cmp：

比较两个寄存器的值或者比较一个寄存器和立即数的值，其原理是对待比较的两个数求差，看结果是否为0，这个指令会无条件修改N,V,C,Z位。

例：
mov r0, #100
cmp r0, #100
会导致Z置位，从条件码表可知，只要Z置位就是两数相等。

b：

实现无条件跳转；
b指令条件分支
b指令循环
b函数调用
bl指令：函数跳转前，会将函数返回地址保存到lr寄存器；
bx指令：bx lr 等价于mov pc, lr

7.stmfd与ldmfd指令

stmfd：

stmfd:入栈保护
STMFD<c> <Rn>(!}, <registers>

例：stmfd sp!, <r0,r1,lr>    //通过入栈保存r0，r1，lr寄存器的值

ldmfd：

ldmfd:出栈恢复
LDMFD<c> <Rn>{!), <registers>

例：ldmfd sp!, <r0, r1, lr>

8.常用条件码

对{S}与<c>解释如下

{S} —— 可选后缀，决定是否更新状态标志

有 S：指令执行后，会更新 CPSR（当前程序状态寄存器）中的条件标志位（N、Z、C、V）。
没有 S：不更新任何标志位，只完成数据传送。

<c> —— 条件码（Condition Code），决定指令在什么条件下执行

ARM 指令可以条件执行：只有当前 CPSR 中的标志位满足指定条件时，指令才会真正执行，否则被当作 NOP（空操作）。
<c> 是条件码的占位符，可以是 EQ、NE、CS、CC、MI、PL、VS、VC、HI、LS、GE、LT、GT、LE、AL 等。
如果省略 <c>，默认是 AL（Always，无条件执行）。

其中常用条件码如下：

二.程序状态寄存器cpsr

注意，图中有误，这里user模式为1 0000

三.内存布局

左侧：Read/Only Memory Areas（只读存储区 / 代码区）

这个区域用来存放编译后的程序指令（代码）和常量。

勾选 ROM1：表示启用并指定外部只读存储器。
off-chip（片外）：勾选了此选项，表示这颗 ROM 是单片机/微处理器外部独立接的芯片，不是芯片内部的存储。
Start（起始地址）：0x0。S3C2440 支持多种启动方式。如果开发板设置为 Nor Flash 启动，那么 Nor Flash 会被硬件映射到 CPU 的 0x00000000 地址。所以代码的链接起始地址必须是 0x0。
Size（大小）：0x200000（十六进制，换算成十进制是 2MB）。这代表你开发板上的 Nor Flash 芯片容量是 2MB。
红字“nor flash 指令”解释：红色批注就是在说明这一块。Keil 编译链接时，会将所有的机器指令代码按顺序放在以 0x0 开头的这一段 2MB 空间内。CPU 上电后，直接从这个 Nor Flash 中取指令并执行。

右侧：Read/Write Memory Areas（读写存储区 / 数据区）

这个区域用来存放程序运行时的全局变量、静态变量和堆栈（Stack）。

勾选 IRAM1：表示启用并指定内部 RAM（Internal RAM）。注意这里的 off-chip 没有勾选，说明这是 S3C2440 芯片内部集成的 RAM。
Start（起始地址）：0x40000000。这是 S3C2440 芯片设计时规定的内部 SRAM（通常叫 Steppingstone，也就是“垫脚石”）的物理地址。
Size（大小）：0x1000（换算成十进制是 4KB）。S3C2440 内部 SRAM 刚好就是 4KB。

总结：这张图的配置表示，代码跑在 0x0 开始的 2MB Nor Flash 上，运行时的数据变量跑在 CPU 内部那 4KB 的 SRAM 上。如果程序很小（比如只点亮个 LED），这套参数完全没问题；如果程序很大，就需要加上外部的 SDRAM 配置了。

四.栈的分类

满栈/空栈（是一种结构，不是传统字面意思的满空）：根据栈顶所在位置是否存有元素确定。

栈顶所在位置一直存有元素称为满栈，先移动栈顶再存入数据；
栈顶所在位置一直没有元素称为空栈，先存入数据再移动栈顶。

增栈/减栈：根据栈的生长方向确定。

入栈数据时，栈顶向内存高地址移动，称为增栈；
入栈数据时，栈顶向内存低地址移动，称为减栈，

注意：ARM中的栈结构为：满减栈。

五.汇编和C语言混合编程

1.汇编调用C函数
汇编和C语言混合编程(汇编调用C函数C调用汇编函数)
汇编如何向c语言传参:
C语言将函数运行结果返回给R0寄存器
当参数小于等于4个时，通过通用寄存器进行传参(R0-R3)

当参数超过4个时，必须通过栈进行传参(入栈保护出栈恢复)

2.C调用汇编函数
C语言向汇编函数传参，参数会被保存到通用寄存器汇编函数的结果,通过R0寄存器返回给C语言

六.切换处理器工作模式为USER模式

1.将cpsr寄存器中的值读到R0寄存器
2.将R0寄存器中的值修改为10000
3.将R0寄存器中的值写回到cpsr寄存器
mrs指令:读取某个特殊寄存器(cpsr)的值到通用寄存器
msr指令:将通用寄存器中的值写入到特殊寄存器(cpsr)

例：
MRS , <spec_reg>
mrs r0, cpsr
MSR<spec_reg>,
msr cpsr, r0

七.立即数

立即数的判断：

如果某个数的数值范围是 0~0xFF 之间，那么这个数一定是立即数；
把某个数展开成 2 进制，这个数的最高位 1 至最低位 1 之间的二进制数序列的位
数不能超过 8 位；
这个数的二进制序列凑够 8 位之后的的右边必须为偶数个连续的 0（2条不够8位时右对齐，在末尾补0）

例：

0x234 = 0000 0000 0000 0000 0000 0010 0011 0100
最高位1至最低位1之间的二进制数序列：1000 1101没有超过8位
末尾1的右边有2个0，所以0x234是立即数

0x3f4 = 0000 0000 0000 0000 0000 0011 1111 0100
最高位1至最低位1之间的二进制数序列：1111 1101 从第一个1开始到最后一个1之间没有超过8位
末尾1的右边有2个0，所以0x3f4是立即数

0x132 = 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0011 0010
最高位1至最低位1之间的二进制数序列：1001 1001 从第一个1开始到最后一个1之间没有超过8位
末尾1的右边有1个0，不满足第二条，所以0x132不是立即数

0x7f8 = 0000 0000 0000 0000 0000 0111 1111 1000
最高位1至最低位1之间的二进制数序列：1111 1111从第一个1开始到最后一个1之间没有超过8位
末尾1的右边有3个0，不满足第二条，所以0x7f8不是立即数

0xfab4 = 0000 0000 0000 0000 1111 1010 1011 0100
最高位1至最低位1之间的二进制数序列：0011 1110 1010 1101 从第一个1开始到最后一个1之间超过8位，不满足条件1，所以这个数不是立即数

ARM 指令机器码只有12bit 用来存立即数，放不下完整 32 位数字，拆成两部分：

高 4 位：rotate（旋转位）
低 8 位：imm8（8 位基础立即数）

4位旋转位若直接表示位移0-15位，则立即数最大只能位移15位，无法覆盖32位寄存器的所有角落，故×2，最终 32 位立即数 = imm8 循环右移 2×rotate 位（移位步数永远是偶数：0、2、4 … 30 位，硬件无法实现移位奇数位，易知，能表示的最大立即数为0xFF00 0000，即0xFF循环右移8位，rotate=4，12位则为0x4FF）

八.异常处理与软中断

当使用keil仿真芯片工作时，可以使用软中断代替硬件中断。

启动过程的核心代码：

	ldr pc, =_reset_handler
	ldr pc, =_undefine_handler
	ldr pc, =_software_handler
	ldr pc, =_prefetch_abort_handler
	ldr pc, =_data_abort_handler
	ldr pc, =_reserved_handler
	ldr pc, =_irq_handler
	ldr pc, =_fiq_handler
//程序开始依照异常函数的处理顺序给pc赋值不同的跳转地址

_asm_svc
	 export _asm_svc
	 svc #7    // 触发软中断，执行ldr pc, =_software_handler行代码，再运行如下处理函数
	 bx lr  

_software_handler
	 import c_software_handler
	 stmfd sp!, {r0-r12, lr}
	 bl c_software_handler
	 ldmfd sp!, {r0-r12, pc}^  //^：恢复现场的同时把工作模式也恢复
//软中断处理函数

_reset_handler
	 ; 设置SVC模式下的栈
	 ldr sp, =0x40001000    //自行分配，参考第三节内存布局

	 ; 切换工作模式：USER模式
	 mrs r0, cpsr
	 bic r0, r0, #0x1F
	 orr r0, r0, #0x10    //1 0000为user工作模式
	 msr cpsr_c, r0       //cpsr_c为keil的特殊语法要求，vscode无需在意

	 ; 设置USER模式下的栈
	 ldr sp, =0x40001000
	 sub sp, sp, #1024    //减去1KB为user模式的栈

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