嵌入式linux编程arm初步接触之启动文件汇编、Makefile、第一个main函数

新建一个汇编启动文件startup.S，代码如下

.text
.global _start
_start:
	ldr r0,=0x53000000		;看门狗寄存器地址
	mov r1,#0x0
	str r1,[r0]				;写入0，禁止看门狗，否则CPU会不断重启
	ldr sp,=1<<12			;设置堆栈，注意：不能大于4k, 因为现在可用的内存只有4K
	bl main					;调用C程序中的main函数
halt_loop:					;无限循环
	b halt_loop
	

再新建一个led.c文件，代码如下

#define GPFCON      (*(volatile unsigned long *)0x56000050)
#define GPFDAT      (*(volatile unsigned long *)0x56000054)
int main()
{
    GPFCON = 0x00000100;    // 设置GPF4为输出口, 位[9:8]=0b01
    GPFDAT = 0x00000000;    // GPF4输出0，LED1点亮
    return 0;
}

再新建一个Makefile文件，内容如下

led.bin:startup.S led.c
	arm-linux-gcc -g -c -o startup.o startup.S
	arm-linux-gcc -g -c -o led.o led.c
	arm-linux-ld -Ttext 0x00000000 -g startup.o led.o -o led_elf
	arm-linux-objcopy -O binary -S led_elf led.bin
	arm-linux-objdump -D -m arm led_elf > led.dis

最后编译运行，得到的反汇编代码如下

led_elf:     file format elf32-littlearm

Disassembly of section .text:

00000000 <_start>:
   0:	e3a00453 	mov	r0, #1392508928	; 0x53000000
   4:	e3a01000 	mov	r1, #0	; 0x0
   8:	e5801000 	str	r1, [r0]
   c:	e3a0da01 	mov	sp, #4096	; 0x1000
  10:	eb000000 	bl	18 


00000014 :
  14:	eafffffe 	b	14 

00000018 
:
  18:	e1a0c00d 	mov	ip, sp
  1c:	e92dd800 	stmdb	sp!, {fp, ip, lr, pc}
  20:	e24cb004 	sub	fp, ip, #4	; 0x4
  24:	e3a03456 	mov	r3, #1442840576	; 0x56000000
  28:	e2833050 	add	r3, r3, #80	; 0x50
  2c:	e3a02c01 	mov	r2, #256	; 0x100
  30:	e5832000 	str	r2, [r3]
  34:	e3a03456 	mov	r3, #1442840576	; 0x56000000
  38:	e2833054 	add	r3, r3, #84	; 0x54
  3c:	e3a02000 	mov	r2, #0	; 0x0
  40:	e5832000 	str	r2, [r3]
  44:	e3a03000 	mov	r3, #0	; 0x0
  48:	e1a00003 	mov	r0, r3
  4c:	e89da800 	ldmia	sp, {fp, sp, pc}

        在这里，我很惊奇地发现，我编写的汇编代码ldr r0,=0x53000000        ;看门狗寄存器地址经过编译以后变成了mov    r0, #1392508928    ; 0x53000000
        这是为什么呢，因为arm使用的是定长指令集，使用mov指令传送32位数据的时候，只剩下了可耻的12位，不足32位，但是arm又想表示尽可能大的32位数，这里arm使用了一种常数循环移位算法来使用12位数得到一个32位数，这样的话，肯定有些数不能用mov传送表示。我们来看mov指令对应的二进制数e3a00453，e3a表示操作码，00表示寄存器a0，那么就剩下453了。如果每次编写汇编代码都去手工计算这个数能不能使用mov，这是很恐怖的事情。幸好，编译器用ldr伪指令帮我们解决了这个问题。所以，编写汇编代码使用mov的时候能用ldr就用ldr，除非你能肯定立即数是合法的mov操作。
      我们再看看在调用main函数的时候汇编代码做了什么处理，在退出main函数的时候汇编代码做了什么处理。

调用main函数的时候，编译器使用如下汇编代码处理
00000018 
:
  18:	e1a0c00d 	mov	ip, sp                       //IP=SP;保存SP
  1c:	e92dd800 	stmdb	sp!, {fp, ip, lr, pc}    //依次对pc,lr，ip，fp压栈
  20:	e24cb004 	sub	fp, ip, #4	; 0x4            //fp=ip-4；此时fp指向栈里面的“fp”
退出main函数的时候，编译器使用如下汇编代码处理
  4c:	e89da800 	ldmia	sp, {fp, sp, pc}         //弹栈依次弹出fp、sp、pc
这里有一个问题，压进去四个数，弹出来只有3个数，这是为什么，通常不是成对成对地压入弹出吗，分析下
先看下调用过程bl	18 

首先，bl指令执行的时候会把下一条指令的执行地址拷贝到r14即lr链接寄存器中
然后，保存当前sp数据到ip寄存器中，即r13是sp寄存器保存到r12是ip寄存器中
其次，依次压栈pc,lr，ip，fp，即r15，r14，r12，r11（fp寄存器，堆栈指针，用来存放函数的局部变量）
然后，sub	fp, ip, #4	;使得堆栈指针也指向当前栈顶指针fp

然后我们再看退出main函数操作
fp出栈，fp恢复调用之前的值
ip出栈，由于事先使用mov ip，sp，这样sp直接恢复调用前的值
pc出栈，pc弹出的内容来自lr链接寄存器，这个lr来源于bl执行的时候
通过这种操作，成功地恢复了调用main函数前的寄存器状态，并且程序继续正常运行。
压栈四个，出栈3个的汇编代码确实不好理解，这里面主要依靠mov ip，sp以及bl指令操作lr寄存器实现。
当然我们也可以使用正常的压栈四个出栈四个实现，进出栈操作7次，mov操作一次，与进出栈操作8次，无mov操作是一样的。