3.4 匯編語言的程序結構及在ADS環境下調試

在ARM（Thumb）匯編語言程序中，以程序段為單位組織代碼。段是相對獨立的指令或數據序列，具有特定的名稱。段可以分為代碼段和數據段，代碼段的內容為執行代碼，數據段存放代碼運行時需要用到的數據。一個匯編程序至少應該有一個代碼段，當程序較長時，可以分割為多個代碼段和數據段，多個段在程序編譯鏈接時最終形成一個可執行的映象文件。

3.4.1 匯編語言程序結構

以下是一個匯編語言源程序的基本結構。

      AREA  Init, CODE, READONLY
      ENTRY
      ……
      END
      ;匯編語言源程序的基本結構，分號為注釋
      AREA  EX2, CODE, READONLY
      ;AREA指令定義一個名為EX2程序段，屬性為只讀

例3.1 定義一個代碼段arm，其屬性為只讀，首先分別給3個變量賦值，給x、y賦兩個值，給stack_top賦一個地址，程序代碼如下，請閱讀程序寫出最后r0的值及調試程序及地址0x1000上的內容，程序名為ex3_1.s。

        AREA  arm , CODE , READONLY ；要有空格
       x  EQU 45   ; 不能有空格
       y  EQU 64
       stack_top EQU 0x1000
       ENTRY
        MOV sp, #stack_top
            MOV r0, #x
            STR r0, [sp]
            MOV r0, #y
            LDR r1, [sp]
            ADD r0, r0, r1
            STR r0, [sp]

      Stop
       B Stop
          END

3.4.2 匯編語言編輯、運行與調試

（1）運行ADS1.2集成開發環境，點擊File|New，在New對話框中，選擇Project中的ARM Executable Image選項，在Project name欄中輸入項目的名稱ex3_1，點擊“確定”按鈕保存項目，如圖3.6所示。

（2）在新建的工程中，選擇Debug版本，如圖3.7所示，使用Edit|Debug Settings菜單對Debug版本進行參數設置。

（3）在圖3.8中，點擊Debug Setting按鈕，彈出如圖3.9所示的窗口，選中Target Setting項，在Post-linker欄中選中ARM fromELF項，如圖3.9所示。按OK確定。這是為生成可執行的代碼的初始開關。

（4）在圖3.10中，點擊ARM Assembler，在Architecture or Processer欄中選ARM9TDMI，這是要編譯的CPU核。

（5）在圖3.11中，點擊ARM linker，在output欄中設定程序的代碼段地址，以及數據使用的地址。圖中的RO Base欄中填寫程序代碼存放的起始地址，RW Base欄中填寫程序數據存放的起始地址。該地址是屬于SDRAM的地址。

在Options欄中，如圖3.12所示，Image entry point要填寫程序代碼的入口地址，其他保持不變，如果是在SDRAM中運行，則可在0x0c000000—0x0cffffff中選值，這是16MSDRAM的地址，但是這里用的是起始地址，所以必須把你的程序空間給留出來，并且還要留出足夠的程序使用的數據空間，而且還必須是4字節對齊的地址（ARM狀態）。通常入口點Image entry point為0xc100000, ro_base也為0xc100000。

在Layout欄中，如圖3.13所示，在Place at beginning of image框內，需要填寫項目的入口程序的目標文件名，如，整個工程項目的入口程序是ex3_1.s，那么應在Object/Symbol處填寫其目標文件名ex3_1.o，在Section處填寫程序入口的起始段標號。它的作用是通知編譯器，整個項目的開始運行是從該地址段開始的。

（7）在圖3.14中，在Debug Setting對話框中點擊左欄的ARM fromELF項，在Output file name欄中設置輸出文件名*.bin，前綴名可以自己取，在Output format欄中選擇Plain binary，這是設置要下載到Flash中的二進制文件。圖3.14中使用的是ex3_1.bin.

（8）輸入匯編源程序

點擊File|New，在New對話框中，選擇File選項，在File name欄中輸入文件名ex3_1.s，如圖3.15所示，點擊“確定”按鈕后輸入源程序并保存。

（9）裝載文件ex3_1.s

在如圖3.16所示工程ex3_1.mcp中File的空白處點擊右鍵，選擇菜單項Add Files，導入文件ex3_1.s，并按圖3.17的選項，點擊按鈕[ OK ]。

（10）在ADS1.2集成開發環境（CodeWarrior for ARM Developer Suite）選擇菜單Project|Debug。

（11）如果是模擬調試，選擇AXD中菜單Options→Configure Target→選擇ARMUL，如圖3.18所示。

ADS開發工具中分別支持兩種情況的目標調試。ARMUL目標環境配置，此是AXD鏈接到用軟件模擬的目標機；第二是選擇ADP目標環境配置，它是AXD使用Angel調試協議鏈接到開發板硬件進行的調試。

（12）程序調試

① 查看/修改存儲器內容

在AXD窗口中，點擊Processor Views|Memory，可以在Memory start address輸入存儲器的起始地址，查看存儲器某地址上的內容，雙擊某一數據，可以修改此存儲單元的內容。

② 在命令行窗口執行AXD命令

在AXD窗口中，點擊System Views|Command Line Interface，在提示符>下可以輸入命令進行調試。

③ 監視變量變化

在AXD窗口中，點擊Processor Views|Watch，用鼠標選中某變量，單擊鼠標右鍵，在彈出的菜單中選中Add to watch，此變量顯示在watch窗口中。

④ 設置斷點

將光標定位在要設置斷點的某語句處，按F9鍵。調試的結果如圖3.19所示，圖中顯示了斷點、Watch中寄存器的值、存儲器從起始地址0x1000開始的存儲內容。

思考：在ADS環境下調試下列源程序（ASM.S）代碼。

      rGPFCON  EQU  0x56000050
      rGPFDAT  EQU  0x56000054
      rGPFUP   EQU  0x56000058
      AREA  Init , CODE , READONLY
      ENTRY
      ResetEntry

      ldr  r0, =rGPFCON
      ldr  r1, =0x4000
      str  r1, [r0]
      ldr  r0, =rGPFUP
      ldr  r1, =0xffff
      str  r1, [r0]
      ldr  r2, =rGPFDAT
      ledloop
      ldr  r1, =0x1ffff
      str  r1, [r2]
      bl   delay
      ldr  r1, =0x0
      str  r1, [r2]
      bl   delay
      b  ledloop
      延時子程序
      delay
      ldr  r3, =0x1ffff
      delay1
      sub r3, r3, #1
      cmp r3, #0x0
      bne  delay1
      mov pc, lr
      END

3.5 匯編語言與C/C++的混合編程

在應用系統的程序設計中，若所有的編程任務均用匯編語言來完成，其工作量是可想而知的，同時，也不利于系統升級或應用軟件移植。事實上，ARM體系結構支持C/C++以及與匯編語言的混合編程。在一個完整的程序設計中，除了初始化部分用匯編語言完成以外，其主要的編程任務一般都用C/C++ 完成。

匯編語言與C/C++的混合編程通常有以下幾種方式：

（1）在C/C++代碼中嵌入匯編指令；

（2）在匯編語言程序和C/C++的程序之間進行變量的互訪；

（3）匯編語言程序、C/C++程序間的相互調用。

在以上的幾種混合編程技術中，必須遵守一定的調用規則，如物理寄存器的使用、參數的傳遞等，這對于初學者來說，無疑顯得過于煩瑣。在實際的編程應用中，使用較多的方式是：程序的初始化部分用匯編語言完成，然后用C/C++完成主要的編程任務，程序在執行時首先完成初始化過程，然后跳轉到C/C++程序代碼中，匯編語言程序和C/C++程序之間一般沒有參數的傳遞，也沒有頻繁的相互調用，因此，整個程序的結構顯得相對簡單，容易理解。

3.5.1 C語言程序調用匯編語言程序

1．在C語言中內嵌匯編

在C語言中內嵌的匯編指令包含大部分的ARM和Thumb指令，不過其使用方式與匯編文件中的指令有些不同，存在一些限制，主要有下面幾個方面：

（1）不能直接向PC寄存器賦值，程序跳轉要使用B或者BL指令；

（2）在使用物理寄存器時，不要使用過于復雜的C語言表達式，避免物理寄存器沖突；

（3）R12和R13可能被編譯器用來存放中間編譯結果，計算表達式值時可能將R0到R3、R12及R14用于子程序調用，因此要避免直接使用這些物理寄存器；

（4）一般不要直接指定物理寄存器，而讓編譯器進行分配。

（a）匯編指令以語句塊形式嵌入在C語言程序的函數中，其使用格式為：

          _asm
          {
        匯編語句
        }

（b）匯編指令以函數形式嵌入在C語言程序的函數中，其使用格式為：

          _asm int函數名(形式參數表)
          {
           匯編代碼
          }

例3.2 在C語言程序中嵌入匯編語句的例子，即將匯編指令以語句塊形式嵌入在C語言程序中。

      #include<stdio.h>
      int add(int i, int j)
      {
       int sum;
       _asm
       {

    ADD  sum, i, j
   }
    return sum;
  }
  int main()
  {
     int x, y;
     scanf("%d %d", &x, &y);
     printf("%d+%d=%d\n", x, y, add(x, y));
     return 0;
  }

請建立一個工程，調試上述程序。

例3.3 請在ADS環境中調試下列程序，程序表明如何在C語言程序中內嵌匯編語言。

  #include<stdio.h>
  void my_strcpy(const char ＊src, char ＊dest)
  {
  char ch;
  _asm
   {
  loop :
  ldrb ch , [src], #1
  strb ch , [dest], #1
  cmp ch, #0
  bne loop
   }
  }
  int main()
  {
  char ＊a = "forget it and move on! ";
  char b[64];
  my_strcpy(a, b);
  printf("original: %s", a);
  printf("copyed: %s", b);
  return 0;
  }

2．在C語言程序中調用以函數形式構成的匯編指令

C語言程序調用匯編語言程序時，匯編語言程序的書寫也要遵循ATPCS規則，以保證程序調用時參數正確傳遞。在C語言程序中調用匯編語言子程序的方法為：首先在匯編程序中使用EXPORT偽指令聲明被調用的子程序，表示該子程序將在其他文件中被調用；然后在C語言程序中使用extern關鍵字聲明要調用的匯編子程序為外部函數。

例如：在一個匯編源文件中定義了如下求和函數。

      EXPORT add ; //聲明add子程序將被外部函數調用
      ……
      add ; //求和子程序add
      ADD r0, r0, r1
      MOV pc, lr
      ……

在一個C語言程序的main()函數中對add匯編子程序進行了調用：

      extern int add (int x, int y); //聲明add為外部函數
      void main( )
      {
      int a=1, b=2, c;
      c=add(a, b); //調用add子程序
      ……
      }

當main()函數調用add匯編語言子程序時，變量a、b的值會給了r0和r1，返回結果由r0帶回，并賦值給變量c。函數調用結束后，變量c的值變成3。

例如：

建立文件add.s，代碼如下：

            EXPORT add
        AREA add, CODE, READONLY
        ENTRY
        ADD r0, r0, r1
        MOV pc, lr
        END
        C程序代碼為：
          #include<stdio.h>
        extern int add(int x, int y);
        int main()
        {
          int x, y;
          scanf("%d %d", &x, &y);
          printf("%d+%d=%d\n", x, y, add(x, y));

          return 0;
        }

程序調試方法

首先建立一個工程test。

按照圖3.20、圖3.21所示建立源程序main.c與add.s，請注意選中“Add to Project”，并分別輸入C語言源程序與匯編語言源程序。

3．在圖3.22中設置ARM Linker中Output的RO Base地址設為0x400000

4．設置程序開始執行的地址，如圖3.23所示。在ARM Linker的Options標簽中

5．如圖3.24所示，設置程序從main.o開始執行

6．執行菜單Procject下的make命令，編譯程序

7．執行程序run，如圖3.25所示

3.5.2 匯編程序調用C語言程序

在匯編程序中調用C語言程序，格式較為簡單。其格式為：

BL C函數名

例如：

第一步：新建一個工程項目test3.mcp后再新建一個init.s匯編語言程序，這個程序是該項目文件的入口程序，程序代碼為：

        AREA   asm, CODE, READONLY
        IMPORT  add
        ENTRY
        LDR r0, =0x1
        LDR r1, =0x20
        LDR r2, =0x2
        BL      add             ; result saved in r0
        B .
        END

第二步：新建一個main.c程序，程序代碼為：

          int add(int a, int b, int c)
        {
           int sum=0, i;
           for(i=a; i<=b; i=i+c)
              sum=sum+i;
        return sum;
        }

第三步：在ADS1.2集成開發環境（CodeWarrior for ARM Developer Suite）選擇微處理器、RO Base地址、程序執行的首地址、程序開始執行的函數Init.o等環境參數。

第四步：選擇菜單Project|Make后，點擊Project|Debug，轉入AXD環境。

第五步：在AXD環境中，點擊Ecxute|Go，然后進行單步調試。

第六步：在調試過程中把變量r0、r1、r2、i、sum添加到Watch窗口，觀察這些變量的變化情況。

思考：請調試下列程序。

（1）建立文件init.s，代碼如下：

      AREA  Init , CODE, READONLY
      ENTRY
      ResetEntry
      IMPORT  Main
      EXPORT delay
      delay
      sub r0, r0, #1
      cmp r0, #0x0
      bne delay
      mov pc, lr
      END

（2）C語言程序代碼為：

      #include<stdio.h>
      #define rGPFCON ( ＊ ( volatile unsigned ＊)0x56000050)
      #define rGPFDAT ( ＊ ( volatile unsigned ＊)0x56000054)
      #define rGPFUP ( ＊ ( volatile unsigned ＊)0x56000058)
      extern delay(int time);
      int main()
      {
        rGPFCON=0x4000 ;
        rGPFUP=0xffff ;
        while(1)
        {
          rGPFDAT=0xff ;
          delay(0xbffff);
          rGPFDAT=0x0 ;
          delay(0xbffff);
          rGPFUP=0xffff ;
        }
        return 0;
      }

思考與實驗

一、判斷題

1.ARM中有下列匯編語言語句：

ldr r0, =rGPFCON

表示將寄存器rGPFCON的內容存放到寄存器r0中。（ ）

2.ARM中有下列匯編語言語句：

ldr r1, =0x4000

表示將立即數0x4000加載到r1寄存器中。（ ）

3.ARM中有下列匯編語言語句：

str r1 , [r0]表示將r1中的數據存放到寄存器r0中。（ ）

4.ARM中有下列匯編語言語句：

ldr r1 , [r2]

表示將r2中的數據作為地址，取出此地址中的數據保存在r1中。（ ）

5.ARM中有下列匯編語言語句：

ldr r0 , [r1, #4]

表示將寄存器r1的內容加上4，然后把此數保存在寄存器r0中。（ ）

6.ARM中有下列匯編語言語句：

b ledon

表示調用子程序ledon。（ ）

7.ARM中有下列匯編語言語句：

sub r0, r0, #1

表示r0+1地址上的內容存放到寄存器r0中。（ ）

8.ARM中有下列匯編語言語句：

cmp r0, #x0

表示將r0的值與0進行比較。（ ）

9.ARM中有下列匯編語言語句：

ldr r0, =rGPFCON

str r1 , [r0]

表示將r0中的數據存放到寄存器r1中。（ ）

二、程序調試

1．在ADS中調試下列程序。

      /＊ main.c ＊/
      #include <stdio.h>
      extern void asm_strcpy(const char ＊src, char ＊dest);
      int main()

      {
      const char ＊s = "seasons in the sun";
      char d[32];
      asm_strcpy(s, d);
      printf("source: %s", s);
      printf(" destination: %s", d);
      return 0;
      }
      ;匯編語言程序作為函數調用
      AREA asmfile, CODE, READONLY
      EXPORT asm_strcpy
      asm_strcpy
      loop
      ldrb r4, [r0], #1 address increment after read
      cmp r4, #0
      beq over
      strb r4, [r1], #1
      b loop
      over
      mov pc, lr
      END

2．在匯編和C之間通過定義全局變量實現數據傳送，請調試程序。

    main.c文件
    #include <stdio.h>
    int gVar_1 = 12;
    extern asmDouble(void);
    int main()
    {
    printf("original value of gVar_1 is: %d", gVar_1);
    asmDouble();
    printf(" modified value of gVar_1 is: %d", gVar_1);
    return 0;
    }
    匯編語言文件
    AREA asmfile, CODE, READONLY
    EXPORT asmDouble
    IMPORT gVar_1
    asmDouble

    ldr r0, =gVar_1
    ldr r1, [r0]
    mov r2, #2
    mul r3, r1, r2
    str r3, [r0]
    mov pc, lr
    END

3．閱讀下列匯編程序，并在ADS環境下上機調試。

    AREA   LDR_STR_LSL_LSR, CODE, READONLY
      ENTRY
     ;＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
     ＊＊＊＊＊＊＊＊
    ;             加載/存儲指令以及移位指令
     ;＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
     ＊＊＊＊＊＊＊＊
    start
    PRO1
    LDR R0, =0x0000
    LDR R1, =0x0004
    LDR R0, [R1]      ；將存儲器地址為R1的字數據讀入寄存器R0
    LDR R0, =0x0000
    LDR R1, =0x0004
    LDR R2, =0x0008
    LDR R0, [R1, R2]   ；將存儲器地址為R1+R2的字數據讀入寄存器R0
    LDR R0, =0x0000
    LDR R1, =0x0004
    LDR R2, =0x0008
     LDR R0, [R1], R2  ；將存儲器地址為R1的字數據讀入寄存器R0，并將新地址R1+R2寫入
     R1
    LDR R0, =0x0000
    LDR R1, =0x0004
    LDR R0, [R1, #8]   ；將存儲器地址為R1+8的字數據讀入寄存器R0
    AND R0, R0, #0     ；保持R0的0位，其于位清0
    LDR R1, =0X0004
     LDR R0, [R1, #8]! ；將存儲器地址為R1+8的字數據讀入寄存器R0，并將新地址R1+8寫
     入R1
    LDR R0, =0x0000
    LDR R1, =0x0004

      LDR R0, [R1], #8  ；將存儲器地址為R1 的字數據讀入寄存器R0，并將新地址R1+8 寫入
      R1
     LDR R0, =0x0000
     LDR R1, =0x0004
     LDR R2, =0x0008
     LDR R0, [R1, R2, LSL#2]!
      ;將存儲器地址為R1+R2×4的字數據讀入寄存器R0，并將新地址R1+R2×4寫入R1
     LDR R0, =0x0000
     LDR R1, =0x0004
     LDR R2, =0x0008
     LDR R0, [R1], R2, LSR#2
     ;將存儲器地址為R1的字數據讀入寄存器R0，并將新地址R1+R2/4寫入R1
     PRO2
     LDR R0, =0x0000
     LDR R1, =0x0004
        STR R0, [R1], #8；將R0中的字數據寫入以R1為地址的存儲器中，并將新地址R1+8寫
      入R1
     STR R0, [R1, #8]   ；將R0中的字數據寫入以R1+8為地址的存儲器中
     B PRO1
     END

4．下列是匯編程序調用C語言程序一個示例，請分析程序。

      ;＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
      ＊＊＊＊＊
     ; Institute of Automation, Chinese Academy of Sciences
     ;File Name:        Init.s
     ;Description:
     ;Author:          JuGuang, Lee
     ;Date:
      ;＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
      ＊＊＊＊
     IMPORT Main   ；通知編譯器該標號為一個外部標號
     ;定義一個代碼段
     AREA   Init, CODE, READONLY
     ;定義程序的入口點
     ENTRY
     ;初始化系統配置寄存器
        LDR R0, =0x3FF0000

      LDR R1, =0xE7FFFF80
      STR R1, [R0]        ；初始化用戶堆棧
      LDR SP, =0x3FE1000  ；跳轉到Main（ ）函數處的C/C++代碼執行
      BL  Main           ；標識匯編程序的結束
      END
    以上的程序段完成一些簡單的初始化，然后跳轉到Main（ ）函數所標識的C/C++代碼處執行
    主要的任務，此處的Main僅為一個標號，也可使用其他名稱，與C語言程序中的main（ ）
    函數沒有關系。
    /＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
    ＊ Institute of Automation, Chinese Academy of Sciences
    ＊ File Name:       main.c
    ＊ Description:     P0, P1 LED Flash.
    ＊ Author:          JuGuang, Lee
    ＊ Date:
    ＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊/
    void Main(void)
    {
    int i;
    ＊((volatile unsigned long ＊) 0x3ff5000) = 0x0000000f;
    while(1)
    {
    ＊((volatile unsigned long ＊) 0x3ff5008) = 0x00000001;
     for(i=0; i<0x7fFFF; i++);
        ＊((volatile unsigned long ＊) 0x3ff5008) = 0x00000002;
     for(i=0; i<0x7FFFF; i++);
    }
    }