《嵌入式工程师到底要不要学习ARM汇编指令？arm学习文章汇总》
《到底什么是Cortex、ARMv8、arm架构、ARM指令集、soc？一文帮你梳理基础概念【科普】》
关于ARM指令用到的IDE开发环境可以参考下面这篇文章
《1. 从0开始学ARM-安装Keil MDK uVision集成开发环境》
《2. 从0开始学ARM-CPU原理，基于ARM的SOC讲解》
《3. 从0开始学ARM-ARM模式、寄存器、流水线》
《4. 从0开始学ARM-ARM指令，移位、数据处理、BL、机器码》
《5. 从0开始学ARM-MRS、MSR、寻址操作、原子操作原理》
《6. 从0开始学ARM-异常及中断处理、异常向量表、swi》
我们在学习汇编代码的时候经过会看到以下两种风格的代码：
gnu代码开头是：
.global _start
_start: @汇编入口
ldr sp,=0x41000000
.end @汇编程序结束
MDK代码开头是：
AREA Example,CODE,READONLY ;声明代码段Example
ENTRY ;程序入口
Start
MOV R0,#0
OVER
END
这两种风格的代码是要使用不同的编译器，我们之前的实例代码都是MDK风格的。
那么多对于我们初学者来说要学习哪种风的呢？
答案是肯定的，学习GNU风格的汇编代码，因为做Linux驱动开发必须掌握的linux内核、uboot，而这两个软件就是GNU风格的。
为了大家不要把过多精力浪费在暂时没用的知识上，下面我们只讲GNU风格汇编。
‘@’ 整行注释符号:
‘#’ 语句分离符号:
直接操作数前缀: ‘#’ 或 ‘$’
标号只能由a～z，A～Z，0～9，“.”，_等（由点、字母、数字、下划线等组成，除局部标号外，不能以数字开头）字符组成，标号的后面加“：”。
段内标号的地址值在汇编时确定；
段外标号的地址值在连接时确定。
局部标号主要在局部范围内使用而且局部标号可以重复出现。它由两部组成开头是一个0-99直接的数字局部标号 后面加“:”
F：指示编译器只向前搜索，代码行数增加的方向 / 代码的下一句
B：指示编译器只向后搜索，代码行数减小的方向
注意局部标号的跳转，就近原则
举例：
文件位置
arch/arm/kernel/entry-armv.S
| 标号 | 含义 |
|---|---|
| .global | 使得符号对连接器可见，变为对整个工程可用的全局变量 |
| _start | 汇编程序的缺省入口是_ start标号,用户也可以在连接脚本文件中用ENTRY标志指明其它入口点. |
| .local | 表示符号对外部不可见，只对本文件可见 |
数据定义伪操作一般用于为特定的数据分配存储单元，同时可完成已分配存储单元的初始化。
常见的数据定义伪操作有如下几种：
| 标号 | 含义 |
|---|---|
| .byte | 单字节定义 0x12,‘a’,23 【必须偶数个】 |
| .short | 定义2字节数据 0x1234,65535 |
| .long /.word | 定义4字节数据 0x12345678 |
| .quad | 定义8字节 .quad 0x1234567812345678 |
| .float | 定义浮点数 .float 0f3.2 |
| .string/.asciz/.ascii | 定义字符串 .ascii “abcd\0”, 注意：.ascii 伪操作定义的字符串需要每行添加结尾字符 ‘\0’，其他不需要 |
| .space/.skip | 用于分配一块连续的存储区域并初始化为指定的值，如果后面的填充值省略不写则在后面填充为0; |
| .rept | 重复执行接下来的指令，以.rept开始，以.endr结束 |
【举例】
.word
val: .word 0x11223344
mov r1,#val ;将值0x11223344设置到寄存器r1中
.space
label: .space size,expr ;expr可以是4字节以内的浮点数
a: space 8, 0x1
.rept
.rept cnt ;cnt是重复次数
.endr
注意：
语法结构
.if logical-expressing
……
.else
……
.endif
类似c语言里的条件编译 。
【举例】
.if val2==1
mov r1,#val2
.endif
.macro，.endm 宏定义类似c语言里的宏函数 。
macro伪操作可以将一段代码定义为一个整体，称为宏指令。然后就可以在程序中通过宏指令多次调用该段代码。
语法格式：
.macro {$label} 名字{$parameter{,$parameter}…}
……..code
.endm
其中，$标号在宏指令被展开时，标号会被替换为用户定义的符号。
宏操作可以使用一个或多个参数，当宏操作被展开时，这些参数被相应的值替换。
注意：先定义后使用
举例：
【例1】：没有参数的宏实现子函数返回
.macro MOV_PC_LR
MOV PC,LR
.endm
调用方式如下：
MOV_PC_LR
【例2】：带参数宏实现子函数返回
.macro MOV_PC_LR ,param
mov r1,\param
MOV PC,LR
.endm
调用方法如下:
MOV_PC_LR #12
| 标号 | 含义 |
|---|---|
| .global/ | 用来声明一个全局的符号 |
| .arm | 定义一下代码使用ARM指令集编译 |
| .thumb | 定义一下代码使用Thumb指令集编译 |
| .section | .section expr 定义一个段。expr可以使.text .data. .bss |
| .text | .text {subsection} 将定义符开始的代码编译到代码段 |
| .data | .data {subsection} 将定义符开始的代码编译到数据段,初始化数据段 |
| .bss | .bss {subsection} 将变量存放到.bss段,未初始化数据段 |
| .align | .align{alignment}{,fill}{,max} 通过用零或指定的数据进行填充来使当前位置与指定边界对齐 |
| .align 4 — 16字节对齐 2的4次方 | |
| .align (4) — 4字节对齐 | |
| .org | .org offset{,expr} 指定从当前地址加上offset开始存放代码，并且从当前地址到当前地址加上offset之间的内存单元，用零或指定的数据进行填充 |
| .extern | 用于声明一个外部符号，用于兼容性其他汇编 |
| .code 32 | 同.arm |
| .code 16 | 同.thumb |
| .weak | 用于声明一个弱符号，如果这个符号没有定义，编译就忽略，而不会报错 |
| .end | 文件结束 |
| .include | .include “filename” 包含指定的头文件, 可以把一个汇编常量定义放在头文件中 |
| .equ | 格式：.equ symbol, expression把某一个符号(symbol)定义成某一个值(expression).该指令并不分配空间，类似于c语言的 #define |
| .set | 给一个全局变量或局部变量赋值，和.equ的功能一样 |
举例：
.set
.set start, 0x40
mov r1, #start ;r1里面是0x40
举例
.equ
.equ start, 0x40
mov r1, #start ;r1里面是0x40
#define PI 3.1415
等价于
.equ PI, 31415
关键点：伪指令在编译时会转化为对应的ARM指令
ADR{cond} register,label
ADR R0, lable
ADRL伪指令为中等范围地址读取伪指令。使用相对偏移范围：当地址值是字节对齐时，取值范围为-64～64KB；当地址值是字对齐时，取值范围为-256～256KB
语法格式：
ADRL{cond} register,label
ADRL R0，lable
LDR{cond} register,=[expr|label-expr]
LDR R0，=0XFFFF0000 ； mov r1,#0x12 对比一下
注意：
（1）ldr伪指令和ldr指令区分
下面是ldr伪指令：
ldr r1,=val @ r1 = val 是伪指令，将val标号地址赋给r1
【与MDK不一样，MDK只支持ldr r1,=val】
下面是ldr指令：
ldr r2,val @ r1 = *val 是arm指令,将标号val地址里的内容给r2
val: .word 0x11223344
（2）如何利用ldr伪指令实现长跳转
ldr pc，=32位地址
（3）编码中解决非立即数的问题
用arm伪指令ldr
ldr r0,=0x999 ；0x999 不是立即数，
假设我们有以下代码，包括1个main.c文件，1个start.s文件：
start.s
.global _start
_start: @汇编入口
ldr sp,=0x41000000
b main
.global mystrcopy
.text
mystrcopy: //参数dest->r0,src->r2
LDRB r2, [r1], #1
STRB r2, [r0], #1
CMP r2, #0 //判断是不是字符串尾
BNE mystrcopy
MOV pc, lr
stop:
b stop @死循环，防止跑飞 等价于while(1)
.end @汇编程序结束
main.c
extern void mystrcopy(char *d,const char *s);
int main(void)
{
const char *src ="yikoulinux";
char dest[20]={};
mystrcopy(dest,src);//调用汇编实现的mystrcopy函数
while(1);
return 0;
}
Makefile编写方法如下：
1. TARGET=start
2. TARGETC=main
3. all:
4. arm-none-linux-gnueabi-gcc -O0 -g -c -o $(TARGETC).o $(TARGETC).c
5. arm-none-linux-gnueabi-gcc -O0 -g -c -o $(TARGET).o $(TARGET).s
6. #arm-none-linux-gnueabi-gcc -O0 -g -S -o $(TARGETC).s $(TARGETC).c
7. arm-none-linux-gnueabi-ld $(TARGETC).o $(TARGET).o -Ttext 0x40008000 -o $(TARGET).elf
8. arm-none-linux-gnueabi-objcopy -O binary -S $(TARGET).elf $(TARGET).bin
9. clean:
10. rm -rf *.o *.elf *.dis *.bin
Makefile含义如下：
【补充】
实际的工程文件，段复杂程度远比我们这个要复杂的多，尤其Linux内核有几万个文件，段的分布及其复杂，所以这就需要我们借助lds文件来定义内存的分布。
main.c和start.s和上一节一致。
map.lds
OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm", "elf32-littlearm", "elf32-littlearm")
/*OUTPUT_FORMAT("elf32-arm", "elf32-arm", "elf32-arm")*/
OUTPUT_ARCH(arm)
ENTRY(_start)
SECTIONS
{
. = 0x40008000;
. = ALIGN(4);
.text :
{
.start.o(.text)
*(.text)
}
. = ALIGN(4);
.rodata :
{ *(.rodata) }
. = ALIGN(4);
.data :
{ *(.data) }
. = ALIGN(4);
.bss :
{ *(.bss) }
}
解释一下上述的例子:
连接器每读完一个section描述后, 将定位器符号的值增加该section的大小。
来看下，Makefile应该如何写：
# CORTEX-A9 PERI DRIVER CODE
# VERSION 1.0
# ATHUOR 一口Linux
# MODIFY DATE
# 2020.11.17 Makefile
#=================================================#
CROSS_COMPILE = arm-none-linux-gnueabi-
NAME =start
CFLAGS=-mfloat-abi=softfp -mfpu=vfpv3 -mabi=apcs-gnu -fno-builtin -fno-builtin-function -g -O0 -c
LD = $(CROSS_COMPILE)ld
CC = $(CROSS_COMPILE)gcc
OBJCOPY = $(CROSS_COMPILE)objcopy
OBJDUMP = $(CROSS_COMPILE)objdump
OBJS=start.o main.o
#================================================#
all: $(OBJS)
$(LD) $(OBJS) -T map.lds -o $(NAME).elf
$(OBJCOPY) -O binary $(NAME).elf $(NAME).bin
$(OBJDUMP) -D $(NAME).elf > $(NAME).dis
%.o: %.S
$(CC) $(CFLAGS) -c -o $@ $<
%.o: %.s
$(CC) $(CFLAGS) -c -o $@ $<
%.o: %.c
$(CC) $(CFLAGS) -c -o $@ $<
clean:
rm -rf $(OBJS) *.elf *.bin *.dis *.o
编译结果如下：
最终生成start.bin,改文件可以烧录到开发板测试，因为本例没有直观现象，后续文章我们加入其它功能再测试。
【注意】
读者可以根据自己手里的开发板对应的soc手册查找该地址。linux内核的内存分布也是依赖lds文件定义的，linux内核的编译我们暂不讨论，编译好之后会再以下位置生成对应的lds文件:
arch/arm/kernel/vmlinux.lds
我们看下该文件的部分内容：
同时我们也可以看到linux内存的划分更加的复杂，后续我们讨论linux内核，再继续分析该文件。
ELF文件格式是一个开放标准，各种UNIX系统的可执行文件都采用ELF格式，它有三种不同的类型：
ELF格式提供了两种不同的视角，链接器把ELF文件看成是Section的集合，而加载器把ELF文件看成是Segment的集合。
BIN文件是直接的二进制文件，内部没有地址标记。bin文件内部数据按照代码段或者数据段的物理空间地址来排列。一般用编程器烧写时从00开始，而如果下载运行，则下载到编译时的地址即可。
在Linux OS上，为了运行可执行文件，他们是遵循ELF格式的，通常gcc -o test test.c，生成的test文件就是ELF格式的，这样就可以运行了，执行elf文件，则内核会使用加载器来解析elf文件并执行。
在Embedded中，如果上电开始运行，没有OS系统，如果将ELF格式的文件烧写进去，包含一些ELF文件的符号表字符表之类的section，运行碰到这些，就会导致失败，如果用objcopy生成纯粹的二进制文件，去除掉符号表之类的section，只将代码段数据段保留下来，程序就可以一步一步运行。
elf文件里面包含了符号表等。BIN文件是将elf文件中的代码段，数据段，还有一些自定义的段抽取出来做成的一个内存的镜像。
并且elf文件中代码段数据段的位置并不是它实际的物理位置。他实际物理位置是在表中标记出来的。
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