嵌入式:ARM汇编语言程序设计基础教程
文章目录
- 汇编语言程序设计的步骤
- 顺序程序设计
- 分支程序设计
- 循环程序设计
- 子程序设计
- 寄存器传递参数方式
- 存储区域传递参数方式
- 堆栈传递参数方式
汇编语言程序设计的步骤
① 合理地分配存储器资源,将前述的目标系统‘数据结构模型’表示到各存储器单元。
② CPU寄存器数量有限,在程序中,大多数操作都要使用寄存器;并且有的操作使用特定的寄存器(如堆栈操作使用SP/R13等),程序中要合理分配各寄存器的用途。
用计算机语言,对数据结构模型和流程图表示的算法进行准确地描述。
① 语法调试:排除程序中的语法错误。
② 功能调试:保证程序的逻辑功能正确性。
用文档形式记录说明程序的功能、使用方法、程序结构、算法流程等每一个阶段的工作。 把解题的方法、步骤用框图形式表示。如果问题比较复杂,那么可以逐步细化,直到每一框图可以容易编程为止。流程图不仅便于程序的编制,且对程序逻辑正确性也比较容易查找和修改。
顺序程序设计
顺序程序是一种最简单的程序结构,也称为直线程序,它的执行自始自终按照语句的先后顺序进行。这种结构的流程图,除了有一个起始框,一个终止框外,就是若干执行框。
例:试编制一程序,完成10+3的操作。
AREA ARMex, CODE, READONLY ; 代码段名ARMex
ENTRY ; 程序的入口
CODE 32startMOV R0, #10 ; 将立即数10存入寄存器R0MOV R1, #3 ; 将立即数3存入寄存器R1ADD R0, R0, R1 ; R0 = R0 + R1
stopMOV R0, #0x18 ; 这三条指令是ADS调试环境特约LDR R1, =0x20026 ;程序运行结束返回编译器调试环境SWI 0x123456END ; 结束
分支程序设计
许多实际问题需要根据不同的情况作出不同的处理。在程序中,针对不同的情况把不同的处理方法编制成各自的处理程序段,运行时由机器根据当时的条件自动作出判断,选择执行相应的处理程序段。这样的程序结构中,计算机不再完全按指令存储的顺序执行,称之为分支。分支程序使用转移指令B、子程序调用指令BL或带状态转移指令BX来实现。
例:给定以下符号函数:
任意给定值,假定为-25,存放在x单元,函数值存放在y单元;要求根据x中的值来确定y的值。
AREA symbol, CODE, READONLY ; 代码段的名字 symbolENTRY ; 程序的入口CODE32startLDR R0, =x ; 加载数据段中的变量x地址,存入R0LDR R1, =y ; 加载数据段中的变量y地址,存入R1LDR R2, [R0] ; 加载变量x的值,存入R2compareCMP R2, #0 ; 将R2的值与0作比较BEQ ZERO ; 如果R2等于0,那么转向标号ZERO处BGT PLUS ; 如果R2大于0,那么转向标号PLUS处MOV R3, #-1 ; 否则,R2小于0,将-1存入R3中B stopZEROMOV R3, #0 ; R2等于0,将0存入R3中B stopPLUSMOV R3, #1 ; R2大于0,将1存入R3中; 续上段代码stop STR R3, [R1]MOV R0, #0x18 LDR R1, =0x20026SWI 0x123456AREA Data, DATA, READWRITEx DCD -25y DCD 0END
循环程序设计
顺序程序和分支程序中的指令每次运行最多只执行一次。在实际应用中重复地做某些事的情况很多,这也是计算机最擅长的工作方式。重复地执行某些指令,最好用循环程序来实现。
循环程序的结构—重复地执行同一种运算,直到某种条件满足。
建立循环初始值。如设置地址指针、计数器、其他循环参数的起始值等。循环程序的主体业务代码,可以是一个顺序程序、分支程序或另一个循环程序。 为执行下一个循环而修改某些参数,尤其循环控制变量的修改等。
条件控制循环:通过判断循环终止条件是否已成立,控制循环。判断循环结束条件是否成立,决定是否继续循环。
例如:计数控制循环;通过计数循环次数,判断是否已达到预定次数,控制循环。对循环结束进行适当处理;有的循环程序可以没有这部分。
用计数控制循环适用于已知循环次数的循环程序设计
例:从x单元开始的30个连续字单元中存放有30个无符号数,从中找出最大者送入y单元中。
分析:
根据题意,把第一个数先送入Rx寄存器,将Rx中的数与后面的29个数逐个进行比较,如果Rx中的数较小,则将该较大的数送入Rx ;继续与余下的数据逐个比较。在比较过程中, Rx中始终保持较大的数,共计比较29次,则最终Rx中保留了最大数,最后把Rx中的数(最大者)送入y单元。
AREA max, CODE, READONLY ; 代码段的名字 maxENTRY ; 程序的入口CODE32
num EQU 29 ; 比较的次数
startLDR R0, =x ; R0指向源数据块xLDR R1, =y ; R1指向单元yLDR R2, =num ; R2作为计数器LDR R3, [R0] ; 将源数据块x中第一个数加载到R3中
compareADD R0, R0, #4 ; 每进行一次比较,将R0指针地址加4LDR R4, [R0] ; 依次将源数据块x中下一个数加载到R4中CMP R3, R4 ; 比较R3和R4中数的大小 MOVCC R3, R4 ; 如果R3小于R4,则将较大的数送入R3中SUBS R2, R2, #1 ; 计数器值减1BNE compare ; 如果不为0,那么继续跳到compare执行STREQ R3, [R1] ; 如果为0,那么循环比较结束,R3是最大的数; 并且将R3中的数加载到R1指向的单元(即y)中 stopMOV r0, #0x18LDR r1, =0x20026 SWI 0x123456 AREA Data, DATA, READWRITE
x DCD 73,59,61,34,81,107,225,231,54,43DCD 100,35,1,42,222,254,34,71,100,31DCD 33,119,13,44,18,147,55,244,97,3
y DCD 0END
② 适用于已知循环条件的循环程序设计
适用于无法确定循环次数,但知道循环结束的条件
例:从自然数1开始累加,直到累加和大于1000为止,统计被累加的自然数的个数,并把统计的个数送入n单元,把累加和送入sum单元。
分析:
根据题意,被累加的自然数的个数事先未知,因此不能用计数方法控制循环。但题目中给定一个条件,即累加和大于1000则停止累加,因此,可以根据这一条件控制循环。我们用R3寄存器放累加和,用R4寄存器放每次取得的自然数,其中它的值也是统计自然数的个数。
AREA SUM, CODE, READONLY ; 代码段的名字 SUMENTRY ; 程序的入口CODE32
startLDR R0, =n ; 将数据段中自然数的个数n的地址加载到R0寄存器LDR R1, =sum ; 将数据段中自然数的累加和sum的地址加载到R1寄存器LDR R3, =0 ; R3存放自然数的累加和LDR R4, =0 ; R4用于循环个数的统计/每次取得的自然数LDR R5, =1000 ; R5用于循环结束的界限值
continueADD R4, R4, #1 ; 取下一个自然数ADD R3, R3, R4 ; 累加自然数CMP R3, R5 ; 比较累加和是否超过了1000BCC continue ; 如果小于1000,那么跳到compare执行STRCS R3, [R1] ; 如果大于1000,那么将累加和存储到R1所指向的单元中STRCS R4, [R0] ; 如果大于1000,那么将已累加的自然数个数值存储; 到R0所指向的单元中 stopMOV r0, #0x18LDR r1, =0x20026 SWI 0x123456 AREA Data, DATA, READWRITE
n DCD 0 ; 定义累加的自然数的个数
sum DCD 0 ; 定义自然数的累加和END
子程序设计
子程序概念
如果在一个程序中的多处用到同一段程序代码,那么可以把这段共同的程序代码抽取出来,写成一个相对独立的程序段,每当需要执行这段代码时,就调用这个程序段,执行完这个程序段后,再返回原来调用它的程序。这样编写程序时,就不必重复写这段代码了,而这样的程序段称为子程序或子过程。
子程序的调用与返回
主程序中使用BL指令实现子程序的调用
BL 子程序名
在子程序结束处,使用如下指令返回到主程序中。
MOV PC, LR
主程序与子程序之间的参数传递
主程序调用子程序时,可以向子程序传递一些参数;同样,子程序运行后也可把一些结果参数传回给主程序。主程序与子程序之间的这种信息传递称为参数传递。
三种参数传递方式
- 寄存器传递参数方式
- 存储区域传递参数方式
- 堆栈传递参数方式
寄存器传递参数方式
例:用子程序实现内存区里的字符串拷贝功能,即将存储单元中源字符串对应拷贝到目的字符串中。
技术思想:主程序将待传递的数据直接写入约定的通用寄存器,在子程序中直接使用;或子程序返回后,主程序直接从约定的通用寄存器中获得子程序的结果数据。
应用特点:这种方式适合于传递较少参数的应用场合。
解题思路:
通过设定两个地址指针,分别指向存储区中的源字符串和目的字符串;然后通过加载和存储指令(LDR和STR)的寄存器间接寻址方式,依次从源字符串读取一个字符数据,写入到目的字符串的对应字符位置中,直到遇到源字符串的结束标志’\0’为止。
AREA StrCopy, CODE, READONLYENTRYCODE32
startLDR R1, =srcstr ; R1指向数据区的源字符串LDR R0, =dststr ; R0指向数据区的目的字符串BL strcopy ; 调用子程序strcopy,完成字符串拷贝
stopMOV R0, #0x18 ; 程序结束返回编译器调试环境LDR R1, =0x20026SWI 0x123456
strcopy LDRB R2, [R1], #1 ; 将R1指向的单元内容加载到R2中STRB R2, [R0], #1 ; 将R2中的数存储到R0指向的单元中CMP R2, #0 ; 检查R0的值是否等于0BNE strcopy ; 如果不等于0,那么转到strcopy处执行 MOV PC, LR ; 子程序返回 AREA Strings, DATA, READWRITE
srcstr DCB "First string - source",0 ; 源字符串
dststr DCB "Second string - destination",0 ; 目的字符串END
存储区域传递参数方式
例:通过设置的入口参数查找函数地址表,实现选择不同的函数功能。
说明:本题中通过事先将函数地址存放在存储单元中,通过查找地址表的方法,实现根据“选择项(choice)”进入不同的函数体功能。
技术思想:主程序和子程序约定了某一共享内存块用于参数传递,主程序在BL调用子程序前,先将要传递的参数写入到约定的存储单元,子程序可从约定的内存读取这些参数;子程序返回时,也可以使用该方式将数据传给主程序。
应用特点:这种方式可以传递大批量数据。
实现方法:当主程序与子程序有较多的数据需要传递时,可以通过共享内存区或传内存数据块地址方式来传递批量数据。
通过伪指令ADR直接装载近距离数据块地址;
通过伪指令ADRL直接装载中距离数据块地址;
通过语句LDR Rd, =Label转载远距离的数据块地址;
AREA Jump, CODE, READONLYnum EQU 4 ; 函数地址表内容的个数ENTRYCODE32
startLDR R0, =choice ; R0指向存储区的choice单元LDR R0, [R0] ; 设置第一个参数:选择执行哪一个函数MOV R1, #16 ; 设置第1个操作数MOV R2, #2 ; 设置第2个操作数BL arithfunc ; 调用子程序arithfunc
stopMOV R0, #0x18 ; 程序结束返回编译器调试环境LDR R1, =0x20026SWI 0x123456
arithfuncCMP R0, #num ; 比较R0的值是否超过函数地址表的个数MOVHS PC, LR ; 如果大于,那么就返回到标号stop处ADR R3, JumpTable ; 将函数地址表的地址作为基地址LDR PC, [R3, R0, LSL #2] ; 根据R0参数进入对应的子程序JumpTable ; 函数地址表的入口基地址DCD DoAdd ; 加法子程序DCD DoSub ; 减法子程序DCD DoMul ; 乘法子程序DCD DoDiv ; 除法子程序
DoAddADD R0, R1, R2 ; R0 = R1 + R2MOV PC, LR ; 返回
DoSubSUB R0, R1, R2 ; R0 = R1 - R2MOV PC, LR ; 返回
DoMul MOV R0, R1, LSL R2 ; R0 = R1 << R2MOV PC, LR ; 返回
DoDiv MOV R0, R1, LSR R2 ; R0 = R1 >> R2MOV PC, LR ; 返回 AREA NUM, DATA, READWRITE
choice DCD 3 ; 0:表示选择加法子程序 1:表示选择减法子程序; 2:表示选择乘法子程序 3:表示选择除法子程序END
堆栈传递参数方式
主程序和子程序使用同一个堆栈,主程序在BL调用子程序前,先将要传递的参数压入到堆栈中,子程序可从堆栈中读取传过来的数据;子程序返回需要向主程序传递参数时,也可使用此方法。
参考文献:
孟祥莲.嵌入式系统原理及应用教程(第2版)[M].北京:清华大学出版社,2017.
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