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微机原理与接口技术 第三章： 汇编语言程序设计

微机原理与接口技术 第三章： 汇编语言程序设计. 主讲人：鞠 雷 山东大学 计算机科学与技术学院. 　内容提要. 汇编语言源程序格式. 文件类型. 扩展名. 汇编语言文件. . s. C 语言源文件. . c. C++ 源文件. . cpp. 引入文件. . INC. 头文件. . h. ARM 源程序文件. .h 文件给出函数和变量的声明 . .c 文件给出函数的定义. 使用简单的文本 编辑器或者其他 的编程开发环境 进行编辑. 引入其他程序中的变量或函数 , 在本程序使用. Arm 源程序汇编连接过程：.

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微机原理与接口技术 第三章： 汇编语言程序设计

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  1. 微机原理与接口技术第三章：汇编语言程序设计微机原理与接口技术第三章：汇编语言程序设计 主讲人：鞠 雷 山东大学 计算机科学与技术学院

  2. 　内容提要 汇编语言源程序格式

  3. 文件类型 扩展名 汇编语言文件 .s C语言源文件 .c C++源文件 .cpp 引入文件 .INC 头文件 .h ARM源程序文件 .h文件给出函数和变量的声明. .c文件给出函数的定义. 使用简单的文本 编辑器或者其他 的编程开发环境 进行编辑. 引入其他程序中的变量或函数,在本程序使用.

  4. Arm源程序汇编连接过程： 例 armasmhello.s armlinkhello.o -o hello.axf armsd -exec hello.axf; armcc -g hello.s -o hello.axf

  5. 2 1 3 汇编语言程序的结构 汇编语言的行构成 伪指令 汇编语言源程序格式

  6. 1.汇编语言程序的结构 在ARM（Thumb）汇编语言程序中，以程序段为单位组织代码。 用AREA伪指令定义一个段，并说明所定义段的相关属性. 段是相对独立的指令或数据序列，具有特定的名称。 段分为代码段和数据段，代码段的内容为执行代码，数据段存放代码运行时需要用到的数据。  一个汇编程序至少应该有一个代码段，当程序较长时，可以分割为多个代码段和数据段，多个段在程序编译链接时最终形成一个可执行的映象文件。 汇编源程序示例第一部分(test0源程序) ARM的汇编语言程序 一般由几个段组成， 每个段均由AREA伪操 作定义。 CODE32 ;32位的ARM指令段 AREA codesec, CODE, READONLY ;代码段，名称codesec,属性为 ;只读 main PROC ;函数main STMFD sp!,{lr} ;保存返回地址到数据栈 ADR r0,strhello ;取标签strhello的地址 BL _printf ;调用C运行时库的_printf函数 ;打印“Hello world!”字符串 BL welcomefun ;调用子函数welcomfun LDMFD sp!,{pc} ;返回调用函数 strhello ;strhello代表本地字符串的地址 DCB "Hello world!\n\0" ;定义一段字节空间 ENDP ;函数main结束 段可以分为多种，如代码段、 数据段、通用段，每个段又有 不同的属性，代码段的默认 属性为READONLY，数据段的默 认属性为READWRITE。 • 本程序定义了两个段， • 第一个段为代码段codesec； 多个代码段的情况，一个源文件只能含一个代码段并单独编译，多个代码段分别编译最后连接成映象文件。 可执行映象文件的构成： 一个或多个代码段，代码段的属性为只读。 零个或多个包含初始化数据的数据段，数据段的属性为可读写。 零个或多个不包含初始化数据的数据段，数据段的属性为可读写。

  7. 1.汇编语言程序的结构 汇编源程序示例第二部分 welcomefun ;子函数welcomfun STMFD sp!,{lr} ;保存返回地址到数据栈 ADR r0,adrstrarm ;取adrstrarm的地址放到寄存器r0中 LDR r0,[r0,#0] ;将strarm的值放到r0中 BL _printf ;调用C运行时库的_printf函数打印 ; “Welcom to ARM world!”字符串 LDMFD sp!,{pc} ;返回调用函数 adrstrarm ;adrstrarm标签 DCD strarm ;保存strarm的地址 AREA constdatasec, DATA, READONLY,ALIGN=0 ; • 本程序定义了两个段， • 第二个段为数据段constdatasec

  8. 1.汇编语言程序的结构 导出main函数供其他程序使用. 汇编源程序示例第三部分 导入main PROC ENDP,在本程序使用. strarm DCB "Welcome to ARM world!\n\0" ;存放“Welcome to ARM ; world!”字符串 EXPORT main ;导出main函数供外部调用 ;引入三个C运行时库函数和ARM库 IMPORT _main IMPORT __main IMPORT _printf IMPORT ||Lib$$Request$$armlib||, WEAK END ;源程序结束 导入ARM库。WEAK，若导入符号不存在不给出错误信息.

  9. 2.汇编语言的行构成 • 格式： [标签] 指令/伪操作 操作数 [;语句的注释] • 所有的标签必须在一行的开头顶格写，前面不能留空格，后面不加“:”； • ARM汇编器对标识符的大小写敏感,书写标号及指令时字母的大小写要一致； • 注释使用“;”符号，注释的内容从“;”开始到该行的结尾结束。 • 例： • Labeladd add r0,r0,r1 ;加法指令 • Str1 SETS “This is a string.” ;给字符串Str1赋值

  10. 2.汇编语言的行构成 1.标签： • 标签是一个符号，可以代表指令的地址、变量、数据的地址和常数。 • 一般以字母开头，由字母、数字、下划线组成。 • 标签不能采用关键字。 • 标签(标号)代表可执行语句地址。 • 标号按其作用域可分为段内标号和和段外标号： • 段内标号的地址值在汇编时确定。 • 例 welcomefun • 段外标号的地址值在链接时确定。 • 例 EXPORT main • 段外调用：BL main • 局部标号，宏中使用的标号称之为局部标号。

  11. 2.汇编语言的行构成 2.指令／伪操作： 指令/伪操作的助记符或者定义符，通知ARM的处理器应该执行什么样的操作或者通知汇编程序伪操作的功能。 3.操作数 由寄存器名、变量名和常量组成的表达式。 例 addr0，r1, r2 x dcd 0x12

  12. 2.汇编语言的行构成 伪操作使用的常量： • 数字常量（伪操作不加#） • 十进制数，如1、2、123 • 十六进制数，如 0x123,0xabc • 2_1010 • 字符常量 • 由单引号及中间的字符组成，包括C语言中的转义字符，如‘\a’,‘\n’ （ 响铃，换行) • 字符串常量 • 由一对双引号及中间的字符串表示，中间也可以使用C语言中的转义字符，比如：“abcdef\a\r\n” • 逻辑常量 • {TRUE},{FALSE},注意带大括号

  13. 3.伪操作 • 没有相对应的操作码或者机器码，通常称为伪指令。 • 作用是为完成汇编程序作各种准备工作的，由汇编程序在源程序的汇编期间进行处理，仅在汇编过程中起作用 (取地址伪指令与其他伪指令有较大区别) 。 • 有如下几种伪操作： • 符号定义伪操作 定义一个内存变量。 • 数据定义伪操作 分配连续内存并初始化。定义多个连续内存变量。 • 汇编控制伪操作 控制汇编过程。

  14. 3. 伪操作 • 符号定义伪操作(定义一个内存变量) • 用于定义ARM汇编程序中的变量、对变量赋值等。 • 符号定义有如下几种伪操作： • 用于定义局部变量的LCLA、LCLL、LCLS （在宏中使用，不讲） • 用于定义全局变量的GBLA、GBLL、GBLS ； • 用于对变量赋值的SETA、SETL、SETS； 局部变量在宏中定义使用！

  15. 3.伪操作 GBLA、GBLL、GBLS 伪操作 定义一个汇编程序中的全局变量。 格式：GBLA/ GBLL/ GBLS变量名 定义一个全局的数字变量，并初始化为0 定义一个全局的逻辑变量，并初始化为F 定义一个全局字符串变量，并初始化为空串 • 全局变量在整个程序范围内变量名必须唯一。

  16. 3.伪操作 例： • GBLA num1 ;定义一个全局的数字变量num1，初值0 • num1 SETA 0xabcd • GBLL l2 ;定义一个全局的逻辑变量，变 ;量名为l2，初值为F • l2 SETL {FALSE} ;将该变量赋值为假 • GBLS str3 ;定义一个全局的字符串变量str3，初值空串。 • str3 SETS “Hello!”

  17. 3.伪操作 • SETA、SETL、SETS 格式：变量名 SETA/SETL/SETS表达式 给一个数字变量赋值 给一个逻辑变量赋值 给一个字符串变量赋值 • 格式中的变量名必须为已经定义过的全局或局部变量，表达式为将要赋给变量的值。

  18. 3.伪操作 例： • GBLA num1 ;定义全局数字变量 • num1 SETA 0x1234 ;赋值为0x1234 • GBLS str3 ;定义全局字符串变量 • str3 SETS “Hello!” ;赋值为“Hello!”

  19. 3.伪操作 • 数据定义伪操作 • 分配存储单元，并初始化。 • 数据定义有如下几种伪指令： • DCB 分配字节 • DCW/DCWU 分配半字 • DCD/DCDU 分配字 • SPACE • MAP • FIELD 定义多个连续内存变量. 定义连续内存空间. 定义内存表.

  20. 3.伪操作 • DCB DCB用于分配一块字节单元并用伪指令中指定的表达式进行初始化。 格式：标号/变量 DCB表达式 表达式可以为使用双引号的字符串或0-255的数字 DCB可用“=”代替 例： Array1 DCB 1,2,3,4,5 ;数组 str1 DCB “Your are welcome！” ;构造字符串 ;并分配空间

  21. 3.伪操作 • DCW/DCWU 格式：标号/变量 DCW/DCWU表达式 DCW分配若干个半字存储单元并用表达式值初始化，存储空间半字对齐。 DCWU功能跟DCW类似，只是分配的字存储单元不严格半字对齐 • 例： • Arrayw1 DCW 0xa,-0xb,0xc,-0xd ;构造固定数组并分 • ; 配半字存储单元

  22. 3.伪操作 • DCD/DCDU 格式：标号/变量 DCD/DCDU表达式 分配若干个字存储单元并用表达式初始化，存储空间字对齐。也可用“&”代替 DCDU只是分配的存储单元不严格字对齐 例： Arrayd1 DCD 1334，234，345435 ;构造固定数组并分配 ;字为单元的存储单元Label DCD str1 ;该字单元存放str1的地址

  23. 3.伪操作 • SPACE 格式： 标号 SPACE表达式 SPACE用于分配一片连续的存储区域并初始化为0，也可用“％”代替 表达式为要分配的字节数 • 例： • Freespace SPACE 1000 ;分配1000字节的存储空间

  24. 3.伪操作 • MAP 格式：MAP 表达式 [,基址寄存器] MAP定义一个结构化的内存表的首地址。 表达式可以为程序中的标号或数学表达式 内存表首地址= (基址寄存器)+表达式 • MAP可以与FIELD伪操作配合使用来定义结构化的内存表。 • 例： • MAP 0x130，R2 ;内存表首地址为0x130＋R2

  25. 3.伪操作 • FILED 格式：标号 FIELD字节数 定义一个结构化内存表中数据域的的字节数。 可用“#”来代替FILED • FIELD常与MAP配合使用： • MAP 定义内存表的首地址 • FIELD 定义内存表中的各个数据域的字节数并分配存储单元。

  26. 3.伪操作 例： MAP 0xF10000 ;定义结构化内存表首地址为 ;0xF10000 count FIELD 4 ;定义count的长度为4字节， ;位置为0xF10000 x FIELD 4 ;定义x的长度为4字节，位置 ;为0xF10004 y FIELD 4 ;定义y的长度为4字节，位置 ;为0xF10008

  27. 其他伪操作 • AREA 格式： AREA段名 属性，…… AREA用于定义一个代码段、数据段或者特定属性的段 属性部分表示该代码段/数据段的相关属性，多个属性可以用“，”分隔。 • 常见属性如下： • DATA：定义数据段。 • CODE：定义代码段。 • READONLY：表示本段为只读。 • READWRITE：表示本段可读写。

  28. 其他伪操作 • 一个汇编程序至少应该包含一个代码段，当程序太长时，也可以将程序分为多个代码段和数据段。 • 例： • AREA test，CODE，READONLY • AREA ||.text||, CODE, READONLY 出现非法字符”.”, 以”||”使其合法化.

  29. 其他伪操作 • CODE16、CODE32 格式： CODE16/CODE32 CODE16伪操作指示编译器后面的代码为16位的Thumb指令 CODE32伪操作指示编译器后面的代码为32位的ARM指令 • 在汇编源代码中同时包含Thumb和ARM指令时，须用 “CODE32”和“CODE16”伪指令通知编译器其后的指令序列的类型。 • “CODE32”和“CODE16”不能对处理器进行状态的切换。

  30. 其他伪操作 • ENTRY 格式： ENTRY ENTRY用于指定汇编程序的入口。在一个完整的汇编程序中至少要有一个ENTRY，也可以有多个。 • 下面的代码使用了ENTRY： • AREA subrout, CODE, READONLY • ENTRY ;指定程序入口 • start • MOV r0, #10 ;设置参数 • MOV r1, #3 • BL doadd ;调用子函数

  31. 其他伪操作 stop MOV r0, #0x18 ；设置软中断输入参数 LDR r1, =0x20026 SWI 0x123456 ;调用ARM 软中断返回 ；cpu控制权交给调试器 doadd ADD r0, r0, r1 ;子函数代码 MOV pc, lr ;子函数返回 END ; 源文件结束

  32. 其他伪操作 • END 格式：END END告诉编译器已经到了源程序的结尾 • 例： • AREA constdata，DATA，READONLY • …… • END ;结尾

  33. 其他伪操作 • EQU 格式：名称 EQU表达式[，类型] 若表达式为32位的常量或32位地址常量，可以指定表达式的数据类型。有以下三种类型： DATA 表明该地址处为数据区 CODE16 表明该地址处为thumb指令 CODE32 表明该地址处为arm指令 将程序中的数字常量、标号赋予一个等效的名称。 • 例： • num1 EQU 1234 ;定义num1为1234 • addr5 EQU str1+0x50 • d1 EQU 0x2400，CODE32 • ;定义d1的值为0x2400,且 • ;该处为32位的ARM指令

  34. 其他伪操作 • EXPORT 格式： EXPORT标号[,WEAK] EXPORT 在程序中声明一个全局标号，其他文件中的代码可以引用该标号。用户也可以用GLOBAL代替EXPORT [,WEAK]可选项若其他文件有同名的标号，则其他文件同名标号优先被引用。 • 例： • AREA ||.text||，CODE，READONLY • main PROC • …… • ENDP • EXPORT main ;声明一个可全局引用的函数main • END

  35. 其他伪操作 • IMPORT 格式： IMPORT标号 [，WEAK] 通知编译器此标号在当前源文件中使用，但标号是在其他的源文件中定义的。 不管当前源文件是否使用过该标号，这个标号都被加入到当前源文件的符号表中 [，WEAK]选项表示如果所有的源文件都没有找到这个标号的定义，编译器也不会提示错误信息。 出错时该标号置为0。如果这个标号被B或BL指令引用，则将B或BL指令替换为NOP操作。 • 例： • AREA mycode，CODE，READONLY • IMPORT _printf ;通知编译器当前文件要引用函 ;数_printf • END

  36. 其他伪操作 • EXTERN 格式： EXTERN标号 [,WEAK] [，WEAK]选项表示如果所有的源文件都没有找到这个标号的定义，编译器也不会提示错误信息。 出错时该标号置为0。如果这个标号被B或BL指令引用，则将B或BL指令替换为NOP操作。 通知编译器此标号在当前源文件中使用，但标号是在其他的源文件中定义的。 与IMPORT不同的是，如果该标号未被引用，则该标号不被加入到当前文件的符号表中。 • 例： • AREA ||.text||，CODE，READONLY • EXTERN _printf ,WEAK ;告诉编译器当前文件要引用标 • ;号,如果找不到，则不提示错误 • END

  37. 其他伪操作 • INCBIN 格式： INCBIN文件名 INCBIN将一个数据文件或者目标文件包含到当前的源文件中，编译时被包含的文件不作任何变动的存放在当前文件中，编译器从后面开始继续处理。 • 例： • AREA constdata，DATA，READONLY • INCBIN data1.dat ;源文件包含文件data1.dat • INCBIN E：\DATA\data2.bin ;源文件包含文件 • ;E：\DATA\data2.bin • END

  38. ARM Procedure Call Standard (APCS) • ARM过程调用规范 • 一套函数调用者与被调用之间的协议 • 对寄存器使用的限制。 • 使用栈的惯例。 • 在函数调用之间传递/返回参数。 • 可以被‘回溯’的基于栈的结构的格式，用来提供从失败点到程序入口的函数(和给予的参数)的列表。 • APCS 不一个单一的给定标准，而是一系列类似但在特定条件下有所区别的标准 • 牺牲部分的系统性能，提升程序的通用性

  39. APCS • 子程序间通过寄存器R0-R3来传递参数，这时，寄存器R0-R3可以记作A1-A4。被调用的子程序在返回前无需恢复寄存器R0-R3的内容。 • 在子程序中，使用寄存器R4-R11来保存局部变量．这时，寄存器R4-R11可以记作V1-V8。如果在子程序中使用到了寄存器V1-V8中的某些寄存器，子程序进入时必须保存这些寄存器的值，在返回前必须恢复这些寄存器的值；对于子程序中没有用到的寄存器则不必进行这些操作。在Thumb程序中，通常只能使用寄存器R4-R7来保存局部变量。 • 寄存器R12用作子程序间scratch寄存器（用于保存SP，在函数返回时使用该寄存器出栈），记作ip。在子程序间的连接代码段中常有这种使用规则。

  40. APCS • 寄存器R13用作数据栈指针，记作sp。在子程序中寄存器R13不能用作其他用途。寄存器sp在进入子程序时的值和退出子程序时的值必须相等。 • 寄存器R14称为连接寄存器，记作lr。它用于保存子程序的返回地址。如果在子程序中保存了返回地址，寄存器R14则可以用作其他用途。 • 寄存器R15是程序计数器，记作pc。它不能用作其他用途。

  41. 补充习题 1、利用全局变量和局部变量声明伪操作及其赋值伪操作，分别定义算术变量、逻辑变量和串变量并为其赋值。

  42. 2、读懂下面一段程序，子程序dststr执行过程中寄存器R0、R1、R2中的内容如何变化?试分析并给出子程序执行后的结果(dststr所存内容)。2、读懂下面一段程序，子程序dststr执行过程中寄存器R0、R1、R2中的内容如何变化?试分析并给出子程序执行后的结果(dststr所存内容)。 AREA StrCopy, CODE, READONLY ENTRY ; mark the first instruction to call start LDR r1, =srcstr ; pointer to first string LDR r0, =dststr ; pointer to second string BL strcopy ; call subroutine to do copy stop MOV r0, #0x18 LDR r1, =0x20026 SWI 0x123456

  43. strcopy LDRB r2, [r1],#1 STRB r2, [r0],#1 CMP r2, #0 BNE strcopy MOV pc,lr ; Return AREA Strings, DATA, READWRITE srcstr DCB "First string - source",0 dststr DCB "Second string - destination",0 END

  44. AREA max_min, CODE, READONLY ENTRY ldr r0,=BUFF LDR R1,[R0];R1=MAX 最大值 MOV R2,R1 ;R2=MIN 最小值 MOV R4,#0 ;counter BEGIN LDR R3,[R0] CMP R3,R1 BLT LESS MOV R1,R3 LESS CMP R3,R2 BGT GREAT MOV R2,R3

  45. GREAT ADD R0,R0,#4 ; ADD R4,R4,#1 CMP R4,#9 BNE BEGIN str r1,max str r2,min MOV r0, #0x18 LDR r1, =0x20026 SWI 0x123456 AREA data, DATA, READWRITE BUFF DCD 0,-1,2,-3,4,5,6,7,9 max dcd 0 min dcd 0 END

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