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第 9 章 ARM 汇编语言程序设计基础

第 9 章 ARM 汇编语言程序设计基础. ADS IDE （集成开发环境 ). ARM 应用软件的开发工具根据功能的不同，可以分为编辑软件、编译软件、汇编软件、链接软件、调试软件、嵌入式实时操作系统、函数库、评估板， JTAG 仿真器以及在线仿真器等。目前有多家公司可以提供以上不同类型的开发工具，用户采用 ARM 处理器进行嵌入式系统开发时，选择合适的开发工具可以加快开发进度，节省开发成本。. ADS 工具包的组成.

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第 9 章 ARM 汇编语言程序设计基础

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  1. 第9章 ARM汇编语言程序设计基础

  2. ADS IDE（集成开发环境) • ARM应用软件的开发工具根据功能的不同，可以分为编辑软件、编译软件、汇编软件、链接软件、调试软件、嵌入式实时操作系统、函数库、评估板，JTAG仿真器以及在线仿真器等。目前有多家公司可以提供以上不同类型的开发工具，用户采用ARM处理器进行嵌入式系统开发时，选择合适的开发工具可以加快开发进度，节省开发成本。

  3. ADS工具包的组成 • ADS是ARM公司推出的集成开发工具包，是专门用于ARM相关应用开发和调试的综合性软件。目前常用的版本是1.2，在功能和易用性上比早期的SDT都有提高，是一款功能强大又易于使用的开发工具。ARM ADS包含有编译器、链接器、CodeWarrior IDE、调试器、指令集模拟器、ARM开发包和应用库等部分，可以用ADS来开发、编译、调试采用包括C、C++和ARM汇编语言编写的程序。

  4. ADS工具包的组成 • 1. 编译器 • ADS提供多种编译器，以支持ARM和Thumb指令的编译。 • 2. 链接器 • Armlink（ARM链接器）可以将编译得到的一个或多个目标文件和相关的一个或多个库文件进行链接，生成一个可执行文件，也可以将多个目标文件部分链接成一个目标文件，以供进一步的链接。

  5. ADS工具包的组成 • 3. CodeWarrior IDE • CodeWarrior IDE（集成开发环境）包括工程管理器、代码生成接口、语法敏感编辑器、源文件和类浏览器、源代码版本控制系统接口以及文本搜索引擎等。ADS仅在其PC机版本中集成了该IDE。 • CodeWarrior IDE为管理和开发项目提供了简单多样化的图形用户界面，用户可以使用ADS的CodeWarrior IDE为ARM和Thumb处理器开发用C、C++或者ARM汇编语言编写的程序代码。

  6. ADS工具包的组成 • （1）调试器类型 • ADS中包含有3个调试器，分别是ARM扩展调试器AXD（ARM eXtended Debugger. • （2）调试方式 • 在ARM体系中，可以选择Multi-ICE（Multi-processor in-circuit emulator）ARMulator或Angel多种调试方式。

  7. ADS工具包的组成 • 5. ARM开发包和函数库 • ARM开发包由一些底层的例程和库组成，可以帮助用户快速开发基于ARM的应用程序和操作系统。 • ADS的ARM应用库完善并增强了SDT中的函数库，同时还包括一些非常有用的源码例程。

  8. ADS开发工具集 • 1．命令行开发工具 • (1)armcc • armcc是 ARM C 编译器。在命令控制台环境下，输入命令：C:> armcc –help可以查看 armcc 的语法格式以及最常用的一些操作选项。 • （2）armcpp • armcpp 是 ARM C++ 编译器。它将 ISO C++ 或 EC++ 编译成 32 位 ARM 指令代码。 • (3) tcc • tcc 是 Thumb C 编译器。该编译器通过了 Plum Hall C Validation Suite 为 ANSI 一致性的测试。tcc 将 ANSI C 源代码编译成 16 位的 Thumb 指令代码。

  9. ADS开发工具集 (4) tcpp • tcpp 是 Thumb C++ 编译器。 它将 ISO C++ 和 EC++ 源码编译成 16 位 Thumb 指令代码。 • (5) armsm • armsm 是 ARM 和 Thumb 的汇编器 . 它对用 ARM 汇编语言和 Thumb 汇编语言写的源代码进行汇编。 • (6) armlink • armlink是 ARM 连接器。 • (7) armsd • armsd是 ARM 和 Thumb 的符号调试器。

  10. ADS开发工具集 • 2．GUI 开发环境 • ADS GUI开发环境主要包含Code Warrior 和 AXD，其中Code Warrior是用于编译和链接的集成开发工具，而AXD则是支持单步执行、断点设置等功能的集成调试工具。 • （1）Code Warrior • Code Warrior for ARM是一套完整的集成开发工具，充分发挥了 ARM RISC指令系统的优势, 使产品开发人员能够很好的应用尖端的片上系统技术 . 该工具是专为基于 ARM RISC 的处理器而设计的 。

  11. ADS开发工具集 • （2）AXD • AXD调试器本身是一个软件，用户通过这个软件可以对包含有调试信息的、正在运行的可执行代码进行变量的查看、断点的设置、单步执行等调试操作。在ARM体系中，它有Multi-ICE、ARMulator和Angel等几种方式。AXD可以在Windows和UNIX下进行程序的调试，它为用C、C++和汇编语言的源代码提供了一个全面的Windows和UNIX环境。

  12. ADS开发工具集 • 3、 实用程序 • ADS 提供以下的实用工具来配合前面介绍的命令行开发工具的使用。 • fromELF是 ARM 映像文件转换工具。 • armar是ARM库函数生成器。 • Flash downloader用于把二进制映像文件下载到ARM嵌入式设备上的 Flash 存储器中。

  13. ARM汇编伪指令 • 在 ARM 汇编语言程序里，有一些特殊指令助记符，这些助记符与指令系统的助记符不同，没有相对应的操作码，也就是不会生成机器码，仅仅是在编译器软件中起着格式化的作用，通常称这些特殊指令助记符为伪指令。伪指令在源程序中的作用是为完成汇编程序作各种准备工作的，这些伪指令仅在汇编过程中起作用，一旦汇编结束，伪指令的使命就完成。 在 ARM 的汇编程序中，有如下几种伪指令：数据常量定义伪指令、数据变量定义伪指令、内存分配伪指令及其他伪指令。

  14. 1 数据常量定义伪指令 • 数据常量定义伪指令EQU用于为程序中的常量、标号等定义一个等效的字符名称，类似于 C 语言中的#define 。EQU语法格式 ：名称 EQU 表达式 { ，类型 }；其中 EQU 可用 “ * ” 代替。 名称为 EQU 伪指令定义的字符名称，当表达式为 32 位的常量时，可以指定表达式的数据类型，可以有以下三种类型： CODE16 、 CODE32 和 DATA。

  15. 2 数据变量定义伪指令(Cont.) • 数据变量定义伪指令用于定义ARM汇编程序中的变量、对变量赋值以及定义寄存器的别名等操作。常见的数据变量定义伪指令有如下几种： （1）GBLA、GBLL 和GBLS语法格式：GBLA （ GBLL 或 GBLS ） 全局变量名GBLA 、 GBLL 和 GBLS 伪指令用于定义全局变量，并将其初始化。其中： ① GBLA用于定义一个全局的数字变量，并初始化为 0 ； ② GBLL用于定义一个全局的逻辑变量，并初始化F（假）； • ③ GBLS用于定义一个全局的字符串变量，并初始化为空；

  16. 2 数据变量定义伪指令(Cont.) • （2）LCLA、LCLL 和LCLS语法格式： LCLA （ LCLL 或 LCLS ） 局部变量名LCLA 、 LCLL 和 LCLS 伪指令用于定义一个 ARM 程序中的局部变量，并将其初始化。其中：① LCLA伪指令用于定义一个局部的数字变量，并初始化为 0 ；② LCLL伪指令用于定义一个局部的逻辑变量，并初始化为 F（假）；③ LCLS 伪指令用于定义一个局部的字符串变量，并初始化为空；

  17. 2 数据变量定义伪指令(Cont.) • （3）SETA、SETL 和SETS语法格式：变量名 SETA （ SETL 或 SETS ） 表达式 伪指令 SETA 、 SETL 、 SETS 用于给一个已经定义的全局变量或局部变量赋值。① SETA 伪指令用于给一个数学变量赋值； ② SETL 伪指令用于给一个逻辑变量赋值；③ SETS 伪指令用于给一个字符串变量赋值；

  18. 2 数据变量定义伪指令(Cont.) • （4）RLIST语法格式：名称 RLIST { 寄存器列表 } RLIST 伪指令可用于对一个通用寄存器列表定义名称，使用该伪指令定义的名称可在 ARM 指令 LDM/STM 中使用。在 LDM/STM 指令中，列表中的寄存器访问次序为根据寄存器的编号由低到高，而与列表中的寄存器排列次序无关。

  19. 3 内存分配伪指令 • 内存分配伪指令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。常见的数据定义伪指令有如下几种： • （1）DCB语法格式：标号 DCB 表达式 • (2) DCW（或DCWU） 语法格式：标号 DCW （或 DCWU ） 表达式

  20. 3 内存分配伪指令(Cont.) • （3）DCD（或DCDU） 语法格式：标号 DCD （或 DCDU ） 表达式 • （4）DCFD（或DCFDU） 语法格式：标号 DCFD （或 DCFDU ） 表达式 • （5）DCFS（或DCFSU） 语法格式：标号 DCFS （或 DCFSU ） 表达式

  21. 3 内存分配伪指令(Cont.) • (6）DCQ(或DCQU） 语法格式：标号 DCQ （或 DCQU ） 表达式 • （7) SPACE语法格式：标号 SPACE 表达式 • （8）MAP语法格式：MAP 表达式 { ，基址寄存器 } • （9）FILED语法格式：标号 FIELD 表达式

  22. 4 汇编控制伪指令 • 汇编控制伪指令用于控制汇编程序的执行流程，常用的汇编控制伪指令包括以下几条： （1） IF、ELSE、ENDIF语法格式：IF 逻辑表达式 • 指令序列 1 • ELSE指令序列 2 ENDIF

  23. 4 汇编控制伪指令(Cont.) • （2） WHILE、WEND语法格式：WHILE 逻辑表达式 指令序列WEND • （3） MEXIT语法格式： MEXIT MEXIT 用于从宏定义中跳转出去。

  24. 4 汇编控制伪指令(Cont.) • （4） MACRO、MEND语法格式： MACRO $ 标号 宏名 $ 参数 1 ， $ 参数 2 ，……指令序列MEND MACRO、MEND伪指令可以将一段代码定义为一个整体，然后就可以在程序中通过宏指令多次调用该段代码。

  25. 5 其他常用的伪指令 • 还有一些其他的伪指令，在汇编程序中经常会被使用，主要包括AREA、ALIGN、CODE16、CODE32、ENTRY、END、EXPOR（或 GLOBAL）IMPORT、EXTERN、GET（或 INCLUDE ）INCBIN、RN、ROUT等。

  26. 5 其他常用的伪指令(Cont.) • （1）AREA语法格式： AREA 段名 属性 1 ，属性 2 ，…… AREA 伪指令用于定义一个代码段或数据段。其中，段名若以数字开头，则该段名需用 “| ”括起来，如 |1_test| 。属性字段表示该代码段（或数据段）的相关属性，多个属性用逗号分隔。

  27. 5 其他常用的伪指令(Cont.) • （2） ALIGN • 语法格式：ALIGN { 表达式 { , 偏移量 }} • （3） CODE16、CODE32语法格式：CODE16 （或 CODE32 ） • （4） ENTRY语法格式：ENTRY • ……

  28. 5 其他常用的伪指令(Cont.) • （5） END语法格式：END • （6） EXPORT（或GLOBAL） 语法格式：EXPORT 标号 {[WEAK]} • (7） IMPORT语法格式： IMPORT 标号 {[WEAK]}

  29. 5 其他常用的伪指令(Cont.) • （8） EXTERN语法格式：EXTERN 标号 {[WEAK]} • （9） GET（或INCLUDE） 语法格式：GET 文件名 • （10） INCBIN语法格式：INCBIN 文件名 • （11） RN语法格式：名称 RN 表达式

  30. ARM的汇编语言结构 • 在ARM（Thumb）汇编语言程序中，以相对独立的指令或数据序列的程序段为单位组织程序代码。段可以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，也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。可执行映象文件通常由以下几部分构成： • ① 一个或多个代码段，代码段的属性为只读。 • ② 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。 • ③ 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。

  31. ARM汇编语言的语句格式 • 1. 基本语句格式 • ARM（Thumb）汇编语言的语句格式为： • {标号} {指令或伪指令} {；注释} • 规则: • ① 如果一条语句太长，可将其分为若干行来书写，在行的末用续行符“\”来标识下一行与本行为同一条语句。 • ② 每一条指令的助记符可以全部用大写、或全部用小写，但不能在一条指令中大、小写混用。

  32. ARM汇编语言的语句格式(Cont.) • 2. 汇编语言程序中常用的符号 • 在汇编语言程序设计中，可以使用各种符号代替地址、变量和常量等，以增加程序的可读性。以下为符号命名的约定： • ① 符号名不应与指令或伪指令同名 • ② 符号在其作用范围内必须唯一。 • ③ 符号区分大小写，同名的大、小写符号被视为两个不同的符号。 • ④ 自定义的符号名不能与系统保留字相同。

  33. ARM汇编语言的语句格式(Cont.) • 3. 程序中的常量 • 程序中的常量是指其值在程序的运行过程中不能被改变的量。ARM（Thumb）汇编程序所支持的常量有逻辑常量、数字常量和字符串常量。 • ① 数字常量一般为32位的整数，无符号常量取值范围为0～232-1，有符号常量取值范围为-231～231-1。 • ② 逻辑常量只有两种取值：真或假。 • ③ 字符串常量为一个固定的字符串，一般用来提示程序运行时的信息。

  34. ARM汇编语言的语句格式(Cont.) • 4. 汇编语言程序中的变量 • 程序中的变量是指其值在程序的运行过程中可以改变的量。 • ① 逻辑变量用于在程序的运行中保存逻辑值（真/假）。 • ② 数字变量用于在程序的运行中保存数字值，但数字值的大小不应超出数字变量所能表示的范围。 • ③ 字符串变量用于在程序的运行中保存一个字符串，但字符串的长度不应超出字符串变量所能表示的范围。

  35. ARM汇编语言的语句格式(Cont.) • 5. 程序中的变量代换 • 程序中的变量可通过代换操作取得一个常量。代换操作符为“$”。如果“$”在数字变量前面，编译器会将该数字变量的值转换为十六进制的字符串，并将该十六进制的字符串代换“$”后的数字变量。

  36. 基于Windows下ADS的汇编语言程序结构 • ADS环境下的ARM汇编语言程序结构与其它环境下的汇编语言程序结构大体相同，整个程序也是以段为单元来组织代码。其语法规则总结如下： • ① 所有标号必须在一行的顶格书写，其后不要添加“：”号； • ② 所有的指令均不能顶格写； • ③ 大小写敏感（可以全部大写或全部小写，但不能大小写混合使用）； • ④ 注释使用分号“;”。

  37. 基于Linux下GCC的汇编语言程序结构 • Linux下GCC的汇编语言结构与其它环境下的汇编语言结构相似，整个程序都是以程序段为单位来组织代码，但是在语言规则上与ADS环境下的ARM汇编语言规则有明显的区别。现将Linux下GCC的汇编语言规则总结如下： • ① 所有标号必须在一行的顶格书写，并且其后必须添加“:”号； • ② 所有的指令均不能顶格写； • ③ 大小写敏感（可以全部大写或全部小写，但不能大小写混合使用）； • ④ 注释使用分号“@”（注释的内容由“@”号起到此行结束，注释可以在一行的顶格书写）；

  38. ARM汇编语言程序调试 • 无论进行嵌入式系统软件开发还是硬件电路设计，调试永远是不可缺少的、非常重要的一个环节。通常嵌入式系统的调试方法和类型有很多种，最为常见的包括软件模拟调试、硬件仿真器在线调试、Wiggler线缆调试和Linux环境下的gdb程序调试。

  39. ADS软件模拟环境下的程序调试 • ADS软件模拟调试是利用ARMUL.dll提供的一个软ARM内核，调试工具和待调试的嵌入式软件都在主机上运行，由主机提供一个模拟的目标运行环境，可以进行语法和逻辑上的调试。它的优点是简单方便，不需要嵌入式目标板，软件的调试功能较强；功能有限，不能进行实时联机调试。

  40. ADS硬件仿真器环境下的程序调试 • 在ADS环境下利用JTAG硬件仿真器可以实现联机调试，即在线调试嵌入式设备的Flash中的程序或者SDRAM中的程序。由于仿真器自成体系，调试时既可以连接目标板，也可以不连接目标板，当然仿真器的价格也相对比较贵。一般在程序的前期开发，通常让程序只在SDRAM中调试运行，最后才下载到Flash中进行调试运行。

  41. ADS硬件仿真器环境下的程序调试(Cont.) • ARM仿真器是通过内部硬件实现PC并口协议到串行JTAG（Jiont Test Action Gruop）协议的转换。利用高速JTAG串行扫描链，通过调试通信通道（Debug Communications Channel,DCC）连接ARM核心内嵌的名为“Embedded-ICE”的调试逻辑，调试逻辑实时监测ARM核心的寄存器、数据总线和地址总线。

  42. ADS硬件仿真器环境下的程序调试(Cont.) • 1. Multi-ICE server 软件的安装

  43. ADS硬件仿真器环境下的程序调试(Cont.) • 2．运行Multi-ICE server • 保证硬件正确连接后，即可运行Multi-ICE server，默认情况下，server 会用自动配置来连接目标器件。当然，可以在settings 菜单下选择配置的方式，一般选择Atuo-Configure即可。 • 如果正确连接到一个ARM内 • 核的嵌入式目标板，将显示 • 图。

  44. ADS硬件仿真器环境下的程序调试(Cont.) • 3． 配置ADS以支持JTAG仿真器 • 启动ADS的调试器AXD后，从菜单“Option”中选择“Configure Target”，在弹出的窗口中，选择Multi-ICE，如果没有此项，则需要将Multi-ICE驱动添加到对话框中。如图所示。

  45. ADS Wiggler调试电缆环境下的程序调试 • Wiggler调试电缆实际上可以看出就是一个简易的JTAG“仿真器”，它也支持ADS集成开发环境和在线联机调试，支持单步、全速及断点等调试功能。

  46. ADS Wiggler调试电缆环境下的程序调试(Cont.) • 1. Wiggler JTAG 调试电缆的驱动安装 • 要使用Wiggler JTAG 调试电缆来调试ARM 处理器，除了ADS1.2 集成开发环境外，还需要安装一个ARM 调试代理，一般使用H-JTAG 软件，H-JTAG 软件的特点如下： • ① 支持ARM7/ARM9，支持自动检测和手动指定内核； • ② 使用RDI 接口，支持SDT2.51、ADS1.2、REALVIEW 和IAR 集成开发环境； • ③ 支持2 个硬件断点或数量不限的软件断点；

  47. ④ 支持ARM/Thumb 模式； • ⑤ 支持Little Endian & BIG Endian 模式； • ⑥ 支持Semihosting 调试； • ⑦ 支持Wiggler、SDT JTAG 和自定义接口。 • 首先，用鼠标双击H-JTAG软件的安装文件H-JTAG V0.2.exe，启动H-JTAG 安装界面，按照提示操作完成安装。

  48. ADS Wiggler调试电缆环境下的程序调试(Cont.) • 2. 运行H-JATG软件 • 接着，将Wiggler JTAG 调试电缆一头通过并口延长线与PC机的并口连接，另一头接到嵌入式目标板的JTAG插座上。然后启动H-JTAG。H-JTAG会自动检测ARM 内核，如果JTAG 连接正确将会在H-JTAG主窗口中显示处理器的型号.

  49. ADS Wiggler调试电缆环境下的程序调试(Cont.) • 3. 配置ADS以支持JTAG仿真器 • 启动ADS的调试器AXD后，从菜单“Option”中选择“Configure Target”,在弹出的窗口中，添加或选择H-JTAG.dll（如图所示）。

  50. Linux环境下的gdb程序调试 • Linux下提供了一个叫 gdb的GNU调试程序，主要用来调试C、C++等应用程序。它可以提供： ① 监视程序中变量的值； ② 设置断点以使程序在指定的代码行上暂停执行； ③ 单步执行； • 语法格式： gdb <fname>

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