转载_Linux下ARM汇编及调试手段简介

最新推荐文章于 2021-05-16 07:18:57 发布

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本文介绍了Linux环境下ARM汇编的基础知识，包括行结构、标号使用、段定义及宏定义等内容，并详细讲解了GNU工具链的使用流程，如编译、链接和调试等步骤。

第一部分 Linux下ARM汇编语法尽管在Linux下使用C或C++编写程序很方便，但汇编源程序用于系统最基本的初始化，如初始化堆栈指针、设置页表、操作 ARM的协处理器等。初始化完成后就可以跳转到C代码执行。需要注意的是，GNU的汇编器遵循AT&T的汇编语法，可以从GNU的站点（www.gnu.org）上下载有关规范。
一. Linux汇编行结构
任何汇编行都是如下结构：
[:] [} @ comment
[:] [} @ 注释
Linux ARM 汇编中，任何以冒号结尾的标识符都被认为是一个标号，而不一定非要在一行的开始。
【例1】定义一个"add"的函数，返回两个参数的和。
.section .text, “x”
.global add @ give the symbol add external linkage
add:
ADD r0, r0, r1  @ add input arguments
MOV pc, lr @ return from subroutine
@ end of program
二. Linux 汇编程序中的标号
标号只能由a～z，A～Z，0～9，“.”，_等字符组成。当标号为0～9的数字时为局部标号，局部标号可以重复出现,使用方法如下：
? 标号f: 在引用的地方向前的标号
? 标号b: 在引用的地方向后的标号
【例2】使用局部符号的例子，一段循环程序
1:
subs r0,r0,#1       @每次循环使r0=r0-1
bne 1f       @跳转到1标号去执行
局部标号代表它所在的地址,因此也可以当作变量或者函数来使用。
三. Linux汇编程序中的分段
（1）.section伪操作
用户可以通过.section伪操作来自定义一个段,格式如下:
.section section_name [, "flags"[, %type[,flag_specific_arguments]]]
每一个段以段名为开始, 以下一个段名或者文件结尾为结束。这些段都有缺省的标志（flags）,连接器可以识别这些标志。(与armasm中的AREA相同)。
下面是ELF格式允许的段标志
含义
a 允许段
w 可写段
x 执行段
【例3】定义段
.section .mysection @自定义数据段，段名为 “.mysection”
.align  2
strtemp:
.ascii  "Temp string \n\0"
（2）汇编系统预定义的段名
.text  @代码段
.data  @初始化数据段
.bss  @未初始化数据段
.sdata @
.sbss  @
需要注意的是，源程序中.bss段应该在.text之前。
四. 定义入口点
汇编程序的缺省入口是 start标号，用户也可以在连接脚本文件中用ENTRY标志指明其它入口点。
【例4】定义入口点
.section.data
.section .bss
.section .text
.globl _start
_start:
五. Linux汇编程序中的宏定义
格式如下:
.macro 宏名参数名列表 @伪指令.macro定义一个宏
宏体
.endm  @.endm表示宏结束
如果宏使用参数,那么在宏体中使用该参数时添加前缀“\”。宏定义时的参数还可以使用默认值。
可以使用.exitm伪指令来退出宏。
【例5】宏定义
.macro SHIFTLEFT a, b
.if \b ”表示不相等,其他的符号如:+、-、*、/、%、、>>、|、&、^、!、==、>=、 {,}
分配number_of_bytes字节的数据空间，并填充其值为fill_byte，若未指定该值，缺省填充0。（与armasm中的SPACE功能相同）
（10）.word  {,} …
插入一个32-bit的数据队列。（与armasm中的DCD功能相同）
可以使用.word把标识符作为常量使用
例如：
Start:
valueOfStart:
.word Start
这样程序的开头Start便被存入了内存变量valueOfStart中。
（11）.hword  {,} …
插入一个16-bit的数据队列。（与armasm中的DCW相同）
八. GNU ARM汇编特殊字符和语法
代码行中的注释符号: ‘@’
整行注释符号: ‘#’
语句分离符号: ‘;’
直接操作数前缀: ‘#’ 或 ‘$’
第二部分 GNU的编译器和调试工具
一. 编译工具
1．编辑工具介绍
GNU 提供的编译工具包括汇编器as、C编译器gcc、C++编译器g++、连接器ld和二进制转换工具objcopy。基于ARM平台的工具分别为arm- linux-as、arm-linux-gcc、arm-linux-g++、arm-linux-ld和arm-linux- objcopy。GNU的编译器功能非常强大，共有上百个操作选项，这也是这类工具让初学者头痛的原因。不过，实际开发中只需要用到有限的几个，大部分可以采用缺省选项。GNU工具的开发流程如下：编写C、C++语言或汇编源程序，用gcc或g++生成目标文件，编写连接脚本文件，用连接器生成最终目标文件（elf格式），用二进制转换工具生成可下载的二进制代码。
（1）编写C、C++语言或汇编源程序
通常汇编源程序用于系统最基本的初始化，如初始化堆栈指针、设置页表、操作ARM的协处理器等。初始化完成后就可以跳转到C代码执行。需要注意的是，GNU的汇编器遵循AT&T的汇编语法，读者可以从GNU的站点（www.gnu.org）上下载有关规范。汇编程序的缺省入口是 start标号，用户也可以在连接脚本文件中用ENTRY标志指明其它入口点（见下文关于连接脚本的说明）。
（2）用gcc或g++生成目标文件
如果应用程序包括多个文件，就需要进行分别编译，最后用连接器连接起来。如笔者的引导程序包括3个文件：init.s（汇编代码、初始化硬件）xmrecever.c（通信模块，采用Xmode协议）和flash.c（Flash擦写模块）。
分别用如下命令生成目标文件： arm-linux-gcc-c-O2-oinit.oinit.s arm-linux-gcc-c-O2-oxmrecever.oxmrecever.c arm-linux-gcc-c-O2-oflash.oflash.c 其中-c命令表示只生成目标代码，不进行连接；-o命令指明目标文件的名称；-O2表示采用二级优化，采用优化后可使生成的代码更短，运行速度更快。如果项目包含很多文件，则需要编写makefile文件。关于makefile的内容，请感兴趣的读者参考相关资料。
（3）编写连接脚本文件
gcc 等编译器内置有缺省的连接脚本。如果采用缺省脚本，则生成的目标代码需要操作系统才能加载运行。为了能在嵌入式系统上直接运行，需要编写自己的连接脚本文件。编写连接脚本，首先要对目标文件的格式有一定了解。GNU编译器生成的目标文件缺省为elf格式。elf文件由若干段（section）组成，如不特殊指明，由C源程序生成的目标代码中包含如下段：.text（正文段）包含程序的指令代码；.data(数据段)包含固定的数据，如常量、字符串；.bss（未初始化数据段）包含未初始化的变量、数组等。C++源程序生成的目标代码中还包括.fini（析构函数代码）和. init（构造函数代码）等。连接器的任务就是将多个目标文件的.text、.data和.bss等段连接在一起，而连接脚本文件是告诉连接器从什么地址开始放置这些段。例如连接文件link.lds为：
ENTRY(begin)
SECTION
{
.=0x30000000;
.text:{*(.text)}
.data:{*(.data)}
.bss:{*(.bss)}
}
其中，ENTRY(begin)指明程序的入口点为begin标号；.=0x00300000指明目标代码的起始地址为0x30000000，这一段地址为 MX1的片内RAM；.text:{*(.text)}表示从0x30000000开始放置所有目标文件的代码段，随后的.data:{* (.data)}表示数据段从代码段的末尾开始，再后是.bss段。
（4）用连接器生成最终目标文件
有了连接脚本文件，如下命令可生成最终的目标文件：
arm-linux-ld –no stadlib –o bootstrap.elf -Tlink.lds init.o xmrecever.o flash.o
其中，ostadlib表示不连接系统的运行库，而是直接从begin入口；-o指明目标文件的名称；-T指明采用的连接脚本文件（也可以使用-Ttext address，address表示执行区地址）；最后是需要连接的目标文件列表。
（5）生成二进制代码
连接生成的elf文件还不能直接下载执行，通过objcopy工具可生成最终的二进制文件：
arm-linux-objcopy –O binary bootstrap.elf bootstrap.bin
其中-O binary指定生成为二进制格式文件。Objcopy还可以生成S格式的文件，只需将参数换成-O srec。还可以使用-S选项，移除所有的符号信息及重定位信息。如果想将生成的目标代码反汇编，还可以用objdump工具：
arm-linux-objdump -D bootstrap.elf
至此，所生成的目标文件就可以直接写入Flash中运行了。
2．Makefile实例
example: head.s  main.c
arm-linux-gcc -c -o head.o head.s
arm-linux-gcc -c -o main.o main.c
arm-linux-ld -Tlink.lds head.o ain.o -o example.elf
arm-linux-objcopy -O binary -S example_tmp.o example
arm-linux-objdump -D -b binary -m arm  example >ttt.s
二. 调试工具
Linux 下的GNU调试工具主要是gdb、gdbserver和kgdb。其中gdb和gdbserver可完成对目标板上Linux下应用程序的远程调试。 gdbserver是一个很小的应用程序，运行于目标板上，可监控被调试进程的运行，并通过串口与上位机上的gdb通信。开发者可以通过上位机的gdb输入命令，控制目标板上进程的运行，查看内存和寄存器的内容。gdb5.1.1以后的版本加入了对ARM处理器的支持，在初始化时加入－ target==arm参数可直接生成基于ARM平台的gdbserver。gdb工具可以从ftp: //ftp.gnu.org/pub/gnu/gdb/上下载。
对于Linux内核的调试，可以采用kgdb工具，同样需要通过串口与上位机上的gdb通信，对目标板的Linux内核进行调试。可以从http://oss.sgi.com/projects/kgdb/上了解具体的使用方法。
参考资料：
1. Richard Blum，Professional Assembly Language
2. GNU ARM 汇编快速入门，http://blog.chinaunix.net/u/31996/showart.php?id=326146
3. ARM GNU 汇编伪指令简介，http://www.cppblog.com/jb8164/archive/2008/01/22/41661.aspx
4. GNU汇编使用经验，http://blog.chinaunix.net/u1/37614/showart_390095.html
5. GNU的编译器和开发工具，http://blog.ccidnet.com/blog-htm-do-showone-uid-34335-itemid-81387-type-blog.html
6. 用GNU工具开发基于ARM的嵌入式系统，http://blog.163.com/liren0@126/blog/static/32897598200821211144696/
7. objcopy命令介绍，http://blog.youkuaiyun.com/junhua198310/archive/2007/06/27/1669545.aspx