第四章 ARM 程式設計基礎

Microprocessor Ch4-1

第四章 ARM 程式設計基礎

Ping-Liang Lai ( 賴秉樑 )

微處理機系統(Microprocessor System)


章節大綱

4.1 ARM 編譯器所支援的虛擬指令 4.2 組合語言的語法 4.3 組合語言的程式結構


4.1 ARM 編譯器所支援的虛擬指令

虛擬指令 : 一些特殊指令助記符號，這些助記符號與指令系統的助記符號不同，沒有相對應的運算碼 (op-code) ，通常稱這些特殊指令助記符為虛擬指令，他們所完成的操作稱之為偽操作。為完成組合語言程式做各種準備工作 ; 僅於編譯過程起作用，編譯結束，虛擬指令的使命便完成。

虛擬指令的種類符號定義虛擬指令 ; 資料定義虛擬指令 ; 編譯控制虛擬指令 ; 巨集指令 ; 其他虛擬指令。


符號定義虛擬指令

符號定義虛擬指令 : 用於定義 ARM 組合語言中的變數、對變數設定值以及定義暫存器的別名等操作。

符號定義虛擬指令的種類用於定義整體變數的 GBLA 、 GBLL 和 GBLS; 用於定義區域變數的 LCLA 、 LCLL 和 LCLS; 用於對變數設定值的 SETA 、 SETL 和 SETS; 為通用暫存器列表定義名稱的 RLIST 。


GBLA 、 GBLL 和 GBLS

語法格式GBLA (GBLL 或 GBLS) 整體變數名稱

GBLA 、 GBLL 和 GBLS 虛擬指令用於定義一個 ARM 程式中的整體變數，並將其初使化。其中 :

GBLA 用於定義一個整體的數位變數，並初使化為 0; GBLL 用於定義一個整體的邏輯變數，並初使化為 F ( 假值 ); GBLS 用於定義一個整體的字串變數，並初使化為空字串 ;

程式範例GBLA Test1 ; 定義一個整體的數位變數，名稱為 Test1

Test1 SETA 0xaa ; 將該變數設定值為 0xaa

GBLL Test2 ; 定義一個整體的邏輯變數，名稱為 Test2

Test2 SETL {True} ; 將該變數設定值為真GBLS Test3 ; 定義一個整體的字串變數，名稱為 Test3

Test3 SETS “Testing” ; 將該變數設定值為 “ Testing”


LCLA 、 LCLL 和 LCLS

語法格式LCLA (LCLL 或 LCLS) 整體變數名稱

LCLA 、 LCLL 和 LCLS: 虛擬指令用於定義一個 ARM 程式中的區域變數，並將其初使化。其中 :

LCLA 用於定義一個區域的數位變數，並初使化為 0; LCLL 用於定義一個區域的邏輯變數，並初使化為 F ( 假值 ); LCLS 用於定義一個區域的字串變數，並初使化為空字串 ;

程式範例LCLA Test4 ; 定義一個區域的數位變數，名稱為 Test4

Test4 SETA 0xaa ; 將該變數設定值為 0xaa

LCLL Test5 ; 定義一個區域的邏輯變數，名稱為 Test5

Test5 SETL {True} ; 將該變數設定值為真LCLS Test6 ; 定義一個區域的字串變數，名稱為 Test6

Test6 SETS “Testing” ; 將該變數設定值為 “ Testing”


章節大綱



4.2 組合語言的語法

組合語言的語法

{ 標記 } { 指令或虛擬指令 } { 運算元 } {; 注解 }

範例標記運算碼運算元注解

---------- ----------- ----------- ----------

BL NEXT ; 跳躍到副程式 NEXT 處執行 …..

NEXT

…..

MOV PC, LR ; 從副程式返回

指令符號可大小寫，但不可混合使用


程式中的變數

程式中的變數是指其值在程式的執行過程中可以改變其數量。 ARM (Thumb) 支援的變數

» 數位變數 : 用於程式執行中所保存的數位數值，大小不應超過所能表示數位變數的範圍 ;

» 邏輯變數 : 用於程式執行中所保存的邏輯數值，只有真或假兩種情況 ;» 字串變數 : 用於程式執行中所保存的一個字串，大小不應超過所能表示字串變數的範圍。

宣告整體變數的指令 : GBLA 、 GBLL 、 GBLS 宣告區域變數的指令 : LCLA 、 LCLL 、 LCLS 變數初使化的指令 : SETA 、 SETL 、 SETS


程式中的常數

程式中的常數是指其值在程式的執行過程中不能改變其數量。 ARM (Thumb) 支援的常數

» 數位常數 : 一般為 32 位元的整數，當無號數時，其數值範圍為 0 ~ 232-1，當有號數時，其數值範圍為 -231 ~ 231-1;

» 邏輯常數 : 只有真或假兩種情況 ;» 字串常數 : 為一固定的字串，一般用於程式執行時的訊息提示。


程式中的變數替換

程式中的變數可通過替換操作來取得一個常數，替換操作符號為 “ $” 。 “$” 在變數前代表的意義

» 數位變數 : 編譯器會將數位變數的數值轉換成 16 進位的字串，並將該16 進位的字串來替換 “ $” 後的數位變數 ;

» 邏輯變數 : 編譯器會將邏輯變數替換成它的邏輯值 ( 真或假 );» 字串變數 : 編譯器會將字串變數的值來替換 “ $” 後的字串變數。

程式範例LCLS S1 ; 定義字串變數 S1

LCLS S2 ; 定義字串變數 S2

S1 SETS “Test!”

S2 SETS “This is a $S1” ; 字串變數 S2 的值為 “ This is a Test!”


運算式與運算子

運算式 : 一般由變數、常數與運算子和括弧所構成。常用的運算式有數位運算式、邏輯運算式與字串運算式，其

運算優先順序如下規則 : 優先順序相同的雙運算子的運算順序為從左到右 ; 相鄰的單運算子的運算順序為從右到左，且單運算子的優先順序高於

其他運算子 ; 括弧內運算子的優先順序最高。


數位運算式與運算子 (1/2)

數位運算式 : 由數位變數、數位常數、數位運算子和括弧所構成。與數位運算式相關的運算子 : “ ＋”、“－”、“ ×” 、“ /” 及 “ MOD”

算術運算子。範例 : 以 X 與 Y 表示兩個數字的數位運算式

» X ＋ Y ; 表示 X 與 Y 的和» X － Y ; 表示 X 與 Y 的差» X × Y ; 表示 X 與 Y 的乘積» X / Y ; 表示 X 與 Y 的商» X ： MOD ： Y ; 表示 X 與 Y 的餘數


數位運算式與運算子 (2/2)

移位運算子 : “ROL” 、“ ROR” 、“ SHL” 、“ SHR” 。範例範例 : 以 X 與 Y 表示兩個數字運算式，以上移位運算子所代

表的運算如下» X ： ROL ： Y ; 表示將 X 左旋轉移 Y 位» X ： ROR ： Y ; 表示將 X 右旋轉移 Y 位» X ： SHL ： Y ; 表示將 X 左移 Y 位» X ： SHR ： Y ; 表示將 X 右移 Y 位

位元邏輯運算子 : “AND” 、“ OR” 、“ NOT” 、“ EOR” 。範例範例 : 以 X 與 Y 表示兩個數字運算式

» X ： AND ： Y ; 表示將 X 和 Y 按位元作邏輯 AND 的操作

» X ： OR ： Y ; 表示將 X 和 Y 按位元作邏輯 OR 的操作

» ： NOT ： Y ; 表示將 Y 按位元作邏輯 NOT 的操作» X ： EOR ： Y ; 表示將 X 和 Y 按位元作邏輯 XOR 的操作


邏輯運算式與運算子 (1/2)

邏輯運算式 : 由邏輯量、邏輯運算子和括弧所構成，其運算結果為真或假值。與邏輯運算式相關的運算子 :

“=” 、“ >” 、“ <” 、“ >=” 、“ <=” 、“ /=” 、“ <>” 運算子。範例 : 以 X 與 Y 表示兩個邏輯運算式

» X = Y ; 表示 X 等於 Y» X > Y ; 表示 X 大於 Y» X < Y ; 表示 X 小於 Y» X >= Y ; 表示 X 大於等於 Y» X <= Y ; 表示 X 小於等於 Y» X /= Y ; 表示 X 不等於 Y» X <> Y ; 表示 X 不等於 Y


邏輯運算式與運算子 (2/2)

“LAND” 、“ LOR” 、“ LNOT” 、“ LEOR” 運算子。範例 : 以 X 與 Y 表示兩個邏輯運算式

» X ： LAND ： Y ; 表示將 X 和 Y 作邏輯 AND 的操作» X ： LOR ： Y ; 表示將 X 和 Y 作邏輯 OR 的操作» ： LNOT ： Y ; 表示將 Y 作邏輯 NOT 的操作» X ： LEOR ： Y ; 表示將 X 和 Y 作邏輯 XOR 的操作


字串運算式與運算子 (1/2)

字串運算式 : 由字串變數、字串常數、運算子和括弧所構成，編譯器所支援的字串最大長度為 512 位元組。與字串運算式相關的運算子 :

“LEN” 、“ CHR” 、“ STR” 、“ LEFT” 、“ RIGHT” 、“ CC” 運算子。範例 :

» LEN 運算子 : 返回字串的長度 ( 字元數 ) ，以 X 表示字串運算式，其語法如下 :

： LEN ： X » CHR 運算子 : 將 0 ~ 255 之間的整數轉換為一個字元，以 M 表示某一個

整數，其語法如下 :

： CHR ： M» STR 運算子 : 將一個數位運算式或邏輯運算式轉換為一個字串。對於數位

運算式， STR 將其轉換為一個以 16 進位組成的字串 ; 對於邏輯運算式， STR 將其轉換為字串 T 或 F ，其語法如下 :

： STR ： X

其中， X 為一個數位運算式或邏輯運算式。


字串運算式與運算子 (2/2)

範例 :» LEFT 運算子 : 返回某個字串左端的一個子串，其語法如下 :

X ： LEFT ： Y

其中， X 為來源字串， Y 為一個整數，表示要返回的字元個數。» RIGHT 運算子 : 返回某個字串右端的一個子串，其語法如下 :

X ： RIGHT ： Y

其中， X 為來源字串， Y 為一個整數，表示要返回的字元個數。» CC 運算子 : 將兩個字串連接成一個字串，其語法如下 :

X ： CC ： Y

其中， X 為來源字串 1 ， Y 為來源字串 2 ， CC 運算子將 Y 連接到 X 的後面。


與暫存器和 PC 相關的運算式與運算子

BASE 運算子 : 返回基於暫存器的運算式中暫存器的編號，其語法如下 :

： BASE ： X

其中， X 為與暫存器相關的運算式。 INDEX 運算子 : 返回基於暫存器的運算式中，相對於基底暫存器的偏移

量，其語法如下 :

： INDEX ： X

其中， X 為與暫存器相關的運算式。


其他常用運算子

? 運算子 : 返回某代碼行所產生的可執行程式代碼的長度，其語法如下 :

? X

返回定義符號 X 的程式代碼行所產生的可執行代碼的位元組數。

DEF 運算子 : 判斷是否定義某個符號，其語法如下 :

： DEF ： X

如果符號 X 已經定義，則結果為真，否則為假。


章節大綱



4.3 組合語言的程式結構 (1/4)

基本程式結構

AREA Init, CODE, READONLYENTRYStartLDR R0, =0x3FF5000LDR R1, 0xFFSTR R1, [R0]LDR R0, =0x3FF5008LDR R1, 0x01STR R1, [R0]-----END



副程式呼叫AREA Init, CODE, READONLYENTRYStartLDR R0, =0x3FF5000LDR R1, 0xFFSTR R1, [R0]LDR R0, =0x3FF5008LDR R1, 0x01STR R1, [R0]BL PRINT_TEXT-----PRINT_TEXT-----MOV PC, BL-----END



若是所有的程式設計都是透過組合語言，其工作量是相當繁重的。

ARM 系列結構支援 C/C++ 以及與組合語言的混合撰寫，在一個完整的程式設計中，除了初始化部分用組合語言外，其餘主要的程式設計工作一般都是用 C/C++ 來撰寫的。

幾種混合的方式 : 在 C/C++ 程式代碼中嵌入編譯指令 ; 在組合語言程式和 C/C++ 的程式之間進行變數的相互存取 ; 在組合語言程式。、 C/C++ 的程式之間相互呼叫。



組合語言與 C/C++ 的混合設計IMPORT Main ; 通知編譯器該標記為一個外部標記AREA Init, CODE, READONLY ; 定義一個程式代碼段ENTRY ; 定義程式的入口點LDR R0, =0x3FF0000 ; 初始化系統配置暫存器，具體內容可參考第五、六章LDR R1, =0xE7FFFF80 TR R1, [R0]LDR SP, =0x3FE1000 ; 初始化使用者堆疊，具體內容可參考第五、六章BL Main ; 跳躍到 Main ( ) 函數處的 C/C++ 代碼執行END ; 標示出組合語言程式的結束處

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++);}}

第四章 ARM 程式設計基礎

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