RAM学习路线03-RAM汇编语言

1. ARM汇编程序的结构

1.1 段

        ARM的汇编语言程序由段组成，段是相对独立的指令或数据单位，每个段由AREA伪指令定义，并定义段的属性：READONLY（只读）或READWRITE（读写）。AREA用于定义一个代码段或数据段，若段名以数字开头则该段名需要用“|”括起来，如“1_data”。
        在一个汇编程序中，至少包含一个或多个代码段；0个或多个初始化数据段；0个或多个未初始化数据段。

如汇编程序Hello.S:

@ Hello.S

/**
 * 1.代码段
 * 由CODE属性定义，READONLY表示只读
 */
AREA |.text|,CODE,READONLY
    ENTRY
    EXPORT sqr
    EXPORT num
sqr
    MUL r1, r0, r0
    MOV r0, r1
    MOV lr, pc

/**
 * 2.数据段
 * 由DATA属性定义，READWRITE表示读写
 */
AREA |.data|,DATA,READWRITE
num
    DCD 10

/**
 * 3.未初始化数据段
 * 由NOINIT属性定义，READWRITE表示读写
 */
AREA |.bass|,NOINIT,READWRITE
data
    SPACE 1024
    END

1.2 标识符

        在汇编程序里标识符用于表示指令或数据的地址，如Hello.S中的sqr和num。局部标识符是0~99的十进制数，局部标识符的引用格式为：
%{F|B}{A|T} N(0~99)
如：

2
  CMP r3, r1
  STRCC r2, [r3], #4
  BCC  %B2

其中，

• F——只向前(forwards)搜索局部标识符
• B——只向后(backwards)搜索局部标识符
• A——在所有的宏里搜索局部标识符
• T——只在当前宏里搜索局部标识符
  如果F和B都没指定，那么搜索的顺序先向后再向前；如果A和T都没指定，那么搜索的顺序只从但前宏向高层宏搜索。
  局部标识符的作用范围在当前ROUT和下一个ROUT之间，如：

LocalStart ROUT
  ...
1
  ...
2
  ...
LocalEnd ROUT

所有的标识符必须在一行开头顶格写不能有空格，标识符后不能加“：“。ARM汇编器对标识符的大小写敏感，标识符大小写要一致。

1.3 程序入口

        在C语言中程序的入口是main，而在ARM汇编语言中，用ENTRY来表示程序的入口。在一个源文件中只能指定一个入口，但在一个完整的项目中至少有一个入口，可以有多个。当有多个入口时，程序的真正入口点由链接器通过entry参数指定。
注意：在ARM汇编语言里，用ENTRY（大小写均可）来表示程序的入口。
在用armlink链接时，可以用参数entry来指定入口。

1.4 程序出口

        在汇编源文件里，用END来表示汇编源程序的结束。

1.5 包含其它汇编源文件

        GET将一个源文件包含到当前源文件中，并将被包含的源文件在当前位置展开进行汇编处理。INCLUDE和GET有相同的作用。GET/INCLUDE只能用于包含源文件，包含其它类型的文件（如目标文件或数据文件）则需要用到INCBIN伪指令。

1.6 引用外部标识符

        IMPORT告诉编译器它后面的这个标识符要在当前源文件中使用，但是在其它源文件中定义的。如果在链接时找不到该标识符，链接就会报错：

Error:L6218E:Undefined sysmbol xxxx (referred from param.o)

如果在IMPORT时使用WEAK参数，在链接时即使找不到也不会报错，如：

IMPORT printff, WEAK

如果该标识符是B或BL的地址，如果链接时找不到，B或BL就无处可跳，那么B或BL指令就是一条空指令：NOP。
除B或BL的其它情况如果链接时找不到，标识符的值会被置成0。

2. ARM汇编程序的常量、变量

常量

• 数字常量：num SETA 100、 ram_start DCD 0xC000000、LDR R1, =&1000FFFF
• 字符串常量：DCB “Hello,World”, CR
• 逻辑常量：{TRUE}、{FALSE}
• 字符常量：LDR R4, = #'B'
  变量的定义和赋值
• 数字变量：LCLS num_1、GBLA num_g
• 字符串变量：LCLS s_l、GBLS s_g
• 逻辑变量：LCLL debug_l、GBLL debug_g
  变量替换
  变量的替换通过操作符“$”来实现。

3. ARM汇编程序的运算符和表达式

数字表达式

• 算术运算符：加、减、乘、除
• 移位运算符：ROL、ROR、SHL、SHR
• 逻辑运算符：AND、OR、NOT、EOR
  逻辑表达式
  逻辑表达式
  字符串表达式
• LEN: 字符串长度: LEN : S
• CHA: 0~255的整数转换成一个字符: CHA : M
• STR: 转换成一个字符串: STR : N
• LEFT: 返回某个字符串左端的一个字符串S : LEFT : N
• RIGHT: 返回某个字符串右端的一个字符串S : RIGHT : N
• CC: 将两个字符串连成一个字符串S1 : CC : S2
• DEF: 用于判断是否定义了某个符号: DEF : S

4. ARM汇编程序的数据定义

        数据定义的目的是为特定的数据分配存储单元，同时对分配的存储单元进行初始化。
LTORG
LTORG用于声明一个文字池(literal pool)。

文字池是什么？
它是镶嵌在代码中的一段存储空间，用来存放常量。
用它来做什么？
文字池不能远离LDR指令，它必须在LDR指令前后4KB地址范围。

编译器会在每一个段的末尾放一个缺省的文字池，如果这个段很长这个缺省文字池和LDR的距离可能会超过4KB，那么LDR就失去了装载的功能。这种情况下就要自己在适当的地方加入新的LTORG来生命一个新的文字池，当然，条件时LDR的周围。

DCB、DCW、DCD和SPACE
DCB：用于分配一片连续的字节存储单元，并用指定的表达式初始化。可用“=”代替。

str DCB "This is a test"

DCW：用于分配一片连续的半字存储单元，并用指定的表达式初始化。

Halfword DCW 1,2,3

DCD：用于分配一片连续的字存储单元，并用指定的表达式初始化。

word DCD 4,5,6

SPACE：用于分配一片连续的存储区域并初始化0。可用“%”代替。

space SPACE 100

MAP和FILED
MAP：用于定义一个结构化内存表的首地址。MAP可用“^”代替。

MAP 0x100, R9   @ 内存表的首地址为：R9 + 0x100

FIELD：用于定于一个机构话内存表的数据域。FIELD可用“#”代替。语法格式如下：

{label} FELD expr

其中lable是可选的，当指令中包含这一项时，label的值为当前内存表的位置计数器{VAR}的值。expr表示本数据域在内存中所占的字节数，当汇编编译器处理了FIELD伪操作后，内存表计数器的值将加上expr。

5. ARM汇编程序的控制结构

选择结构

IF 逻辑表达式
    指令1
    ELSE
    指令2
ENDIF

循环结构

WHILE 逻辑表达式
    指令
WEND

6. ARM汇编程序实例

(1)计算一个以0结束的字符串包含的字符个数

PRESERVE8                       @ 伪指令指示当前文件保持堆栈为 8 字节对齐
    AREA str, CODE, READONLY
    ENTRY

start
    LDR R0, =val1
    MOV R1, #-1

count
    ADD R1, R1, #1              @ R1 = R1 + 1
    LDRB R2, [R0], #1           @ 读取字节数据,源地址加 1
    CMP R2, #0
    BNE count

    STR R1, rel
    SWI &11


    AREA data1, DATA            @ 数据段1
val1
    DCB "This is a example", 0
    ALIGN


    AREA data2, DATA            @ 数据段2
rel
    DCD 0

    END

(2)把字符串前面的0用空格替换

PRESERVE8
    AREA zero, CODE, READONLY  @ 段zero
blank EQU ''                   @ EQU 伪指令为数字常量,基于寄存器的值和程序中的标号定义一个名称。*与EQU同义
zero  EQU '0'                  @ EQU 伪指令的作用类似于 C 语言中的#define
    ENTRY

/**
 * 读取字符串的地址
 * 把空格和0装载到寄存器
 */
start
    LDR R0, =data
    MOV R1, #zero
    MOV R3, #blank

/**
 * 读取字符串的字符
 * 判断是否为0
 */
replace
    LDRB R2, [R0}, #1
    CMP R2, R1
    BNE done           /* 不为0,直接中断 */

    /**
     * 为0,把空格装载到0的位置，然后跳转循环
     */
    SUB R0, R0, #1
    STRB R3, [R0]
    ADD R0, R0, #1
    BAL replace

done
    SWI &11


    AREA data, DATA    @ 段data
val1 DCB "00000001"
    ALIGN

    END

7. 伪操作

        伪操作不像机器指令那样在计算机运行期间由机器执行，它是在源程序汇编期间由汇编程序处理的。

7.1 符号定义伪操作

符号定义(Symbol definition)伪操作主要用于定义变量定义寄存器名称等。包括以下伪操作：

• GBLA、GBLL和GBLS        声明全局变量
• LBLA、LBLL和LBLS        声明局部变量
• SETA、SETL和SETS        给变量赋值
• RLIST        为通用寄存器列表定义名称
• CN        为协处理器的寄存器定义名称
• CP        为协处理器定义名称
• DN和SN        为VFP的寄存器定义名称
• FN        为FPA的浮点寄存器定义名称

7.2 数据定义伪操作

数据定义(Data definition)伪操作包括：

• LTORG        声明一个数据缓冲池的开始
• MAP        定义一个结构化的内存表的首地址
• FIELD        定义结构化的内存表中的一个数据域
• SPACE        分配一块内存单元，并用0初始化
• DCB        分配一段字节的内存单元，并用执行的数据初始化
• DCD及DCDU        分配一段字的内存单元，并用指定的数据初始化
• DCDO        分配一段字的内存单元，并将该单元的内容初始化成该单元相对于静态基值寄存器的偏移量
• DCFD及DCFDU       分配一段双字的内存单元，并用双精度的浮点数据初始化
• DCFS及DCFSU        分配一段字的内存单元，并用单精度的浮点数据初始化
• DCI        分配一段字节的内存单元，用指定的数据初始化，指定内存单元中存放的是代码，而不是数据
• DCQ及DCQU        分配一段双字的内存单元，并用64位的整数数据初始化
• DCW及DCWU        分配一段半字的内存单元，并用指定的数据初始化
• DATA        在代码段中使用数据。现已不再使用，只用于向前兼容。

7.3 汇编控制伪操作

汇编控制(Assembly control)伪操作包括：

• IF、ELSE及ENDIF
• WHILE及WEND
• MACRO及MEND
• MEXIT

7.4 框架描述伪操作

栈中数据描述伪操作主要用于调试。

7.5 信息报告伪操作

信息报告(Reporting)伪操作如下：

• ASSERT
• INFO
• OPT
• TTL及SUBL

7.6 其它伪操作

这些杂类的伪操作包括：

• ALIGN
• AREA
• CODE16及CODE32
• ENTRY及END
• EQU
• EXPORT及GLOBAL
• EXTERN
• GET及INCLUDE
• IMPORT
• INCBIN
• KEEP
• NOFP
• REQUIRE
• REQUIRE8及PRESERVE8
• RN
• ROUT

8. 伪指令

        伪指令在汇编编译器对源程序进行汇编处理时，被替换成对应的ARM或者Thumb指令(序列)。ARM伪指令包括：ADR、ADRL、LDR、NOP。

• ADR：小范围的地址读取伪指令。该指令将基于PC的地址值或基于寄存器的地址值读取到寄存器中。
• ADRL：中等范围的地址读取伪指令。比ADR伪指令可以读取更大范围的地址。
• LDR：大范围的地址读取伪指令。将一个32位的常数或者一个地址值读取到寄存器中。
• NOP：空操作伪指令。在汇编时将被替换成一个空操作。