单片机核心学习：（三）ARM架构（中）

目录

一、ARM汇编

1、ARM汇编概述

2、统一的汇编语言：UAL

3、汇编指令格式

4、立即数

5、ARM编译器与GCC编译器语法差异

二、ARM汇编模拟器

1、VisUAL的基本使用

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一、ARM汇编

1、ARM汇编概述

（1）汇编指令集的分类：（常用的，记住这些就够了）

通过上一篇文章的示例，可以知道① ② 

（2）指令集的分类

① 怎么修改CPU使用的指令集？

       一个芯片既可以用ARM指令集，也可以用Thumb指令集，根据CPU内部的程序状态寄存器里的某一位，来表示运行的指令是ARM还是Thumb指令集，如下图：

ARM公司发布两类指令集：

要节省空间时用Thumb指令，要效率时用ARM指令。

1)  ARM指令集，这是32位的，每条指令占据32位，高效，但是太占空间

2)  Thumb指令集，这是16位的，每条指令占据16位，节省空间

② Thumb-2指令

当我们同时使用ARM指令集和Thumb指令集时，该怎么办呢？

1）对于以前的ARM7、ARM9和现在的Cortex A7芯片，都是支持这两种指令集。

2）对于现在的Corte-M系列，比如M3和M4，引入了另一种指令集Thumb-2，同时支持16位、32位指令集，可以混合在一起编程。CPU自动识别。

2、统一的汇编语言：UAL

ARM公司推出了： Unified Assembly Language，UAL，统一汇编语言，你不需要去区分这些指令集。

在程序前面用CODE32/CODE16/THUMB，表示指令集：ARM/Thumb/Thumb2

日常工作中，只需要这么几条汇编指令，从名字就可以猜出含义：

MOV   LDR/STR   LDM/STM   AND/OR  ADD/SUB   B/BL  DCD  ADR/LDR  CMP

如果想要深入学习，可以学习《ARM Cortex-M3与Cortex-M4权威指南.pdf》。

3、汇编指令格式

参考《DEN0013D_cortex_a_series_PG.pdf》P70、《ARM Cortex-M3与Cortex-M4权威指南.pdf》第5章

① 汇编指令可以分为几大类：数据处理、内存访问、跳转、饱和运算、其他指令

② 以“数据处理”指令为例，UAL汇编格式为：

• Operation表示各类汇编指令，比如ADD、MOV；
• cond表示conditon，即该指令执行的条件；
• S表示该指令执行后，会去修改程序状态寄存器；

• Rd为目的寄存器，用来存储运算的结果；
• Rn、Operand2是两个源操作数

Operation表示各类汇编指令，比如ADD、MOV；如下图：

cond有多种取值

4、立即数

（1）立即数

这样一条指令：  MOV   R0, #VAL ；意图是把VAL这个值存入R0寄存器。

问：VAL可以是任意值吗？

答：不可以，必须是立即数。

问：为什么？

答：假设VAL可以是任意数，”MOV  R0, #VAL”本身是16位或32位，哪来的空间保存任意数值的VAL？

        所以，VAL必须符合某些规定。

（2）LDR伪指令

去判断一个VAL是否立即数，麻烦！并且我就是想把任意数值赋给R0，怎么办？

可以使用伪指令：

            LDR   R0,  =VAL

• “伪指令”，就是假的、不存在的指令。
• 注意LDR作为“伪指令”时，指令中有一个“=”，否则它就是真实的LDR(load regisgter)指令了。
• 编译器会把“伪指令”替换成真实的指令，比如：

LDR  R0,  =0x12   

0x12是立即数，那么替换为：

MOV  R0,  #0x12

============================================

LDR  R0, =0x12345678

0x12345678不是立即数，那么替换为：

LDR  R0, [PC, #offset]          // 2. 使用Load Register读内存指令读出值，offset是链接程序时确定的

……

Label  DCD  0x12345678    // 1. 编译器在程序某个地方保存有这个值

（3）ADR伪指令

ADR的意思是：address，用来读某个标号的地址

示例：

ADR  R0,  Loop

Loop

    ADD  R0, R0, #1

它是“伪指令”，会被转换成某条真实的指令，比如：

ADD R0, PC, #val ; val在链接时确定 

Loop

    ADD  R0, R0, #1

5、ARM编译器与GCC编译器语法差异

GCC编译器使用的是GNU Assembler ，ARM编译器是armasm。

二、ARM汇编模拟器

VisUAL是一款ARM汇编模拟器，下载地址：https://salmanarif.bitbucket.io/visual/downloads.html

VisUAL模拟的ARM板子如下图所示，它没有模拟外设，仅仅模拟了CPU、ROM、RAM。

• 红色区域是ROM，不能读不能写，只能运行其中的程序；
• ROM区域本来可以读的，这是VisUAL的局限；
• RAM区域可读可写。

1、VisUAL的基本使用

① 直接写汇编代码

代码含义：将R1的值放到R0的数值所指的地址的值。

② 运行：全速运行、单步执行

然后出现错误

③ 修改错误

报错显示：这个值必须是寄存器、寄存器移位、立即数，加上#代表是个立即数。

点击“Reset”后修改为：

• MOV R0, #0x20000
• MOV R1, #0x1234

④ 单步运行：点击Step Forwards

再点击Step Forwards，报错，0x1234不是立即数，采用伪指令LDR

改为LDR    R1, =0x1234。单步运行，结果如下图：

⑤ 内存观察器

1）打开内存观察器

2）查看0x20000这个地址的值

3）点击单步运行

复杂案例：

两个数值的比较结果或存在状态寄存器