Linux_ARM体系结构与汇编(Day17)
零 安装交叉编译器
1. 创建共享目录
2. 拷贝压缩包 arm-cortex_a9-eabi-4.7-eglibc-2.18.tar.gz
3. 解压 tar xvf arm-cortex_a9-eabi-4.7-eglibc-2.18.tar.gz
4. 修改环境变量 PATH
5. vi ~/.bashrc
添加 export PATH=$PATH:/opt/arm-cortex_a9-eabi-4.7-eglibc-2.18/bin
6. 验证
source ~/.bashrc
arm- + TAB 键
如果可以补全，则说明交叉编译工具安装成功
一 回忆昨天的内容
三大系统软件的烧录
EMMC分区
【 】 【ubootpak.bin】 【uImage】 【rootfs_ext4.img】 【大片】
0 ~ 512byte 513byte ~ 1M 1M ~ 65M 65M ~ 819M .....
bootcmd 加载引导linux内核到内存中
bootargs 给linux内核传参
setenv bootcmd mmc read 0x48000000 0x800 0x3000 \;
bootm 0x48000000
setenv bootargs root=/dev/mmcblk0p2 init=/linuxrc
console=ttySAC0,115200 maxcpus=1 lcd=wy070ml tp=gslx680-linux
saveenv
二 ARM体系结构与汇编
2.1 什么是ARM：
Advanced RISC Machines
RISC : 精简指令集 ---》 ARM MIPS LA IBM
CISC : 复杂指令集 ---> intel AMD
www.arm.com
指令集 架构 soc
ARMV4T ARM7 s3c44b0
ARMV5TE arm9 S3C2410
armv6 arm11 s3c6410
armv7 cortex-a sp5v210
armv8 cortex-a53 s5p6818
cortex-r 实时性较强的领域
cortex-m 以单片机的价格实现32bit的性能
流水线：
三级流水线 取指令 解码指令 执行指令
for (i = 0; i < 10; i++) //执行效率更高
{
for (j = 0; j < 10000; j++)
{
.....
}
}
for (j = 0; j < 10000; j++)
{
for (i = 0; i < 10; i++)
{
......
}
}
CPI 怎么算？
指令周期/周期内执行指令的个数
2.2 ARM编程模型
2.2.1 ARM的工作模式 7种
svc: 管理模式，系统上电，执行软中断指令
fiq: 快速中断，发生了高优先级的中断
irq：发生了低优先级的中断
abort：当产生了非法访问存储器时
undef：遇到不认识的指令
system：与用户共用寄存器，需要特权
user：应用程序和系统任务运行在用户模式
前5种是异常模式，后两种是正常模式
前6种是特权模式，后一种是非特权模式
2.2.2 ARM的工作状态：
ARM 状态：执行ARM （32bit）指令时
Thumb 状态：执行Thumb （16bit）指令时
0x90000002
以上两种状态可以切换，
异常处理过程中必须处于ARM状态
2.2.3 寄存器的组织结构
寄存器和特殊功能寄存器的区别：
1.存放的位置不同：
寄存器位于 ARM core 内部
特殊功能寄存器 位于ARM core外部
2.访问的方式不一样：
特殊功能寄存器都有特定的物理地址
寄存器只有名字没有地址
C很难访到
* (volatile int *) (0xc001c000) ---> GPIOCOUT
ARM核中一共有37个32bit的寄存器
其中一共有32个通用寄存器
命名为r0~r15
r11 (fp, frame pointer 忽略)
r13 (sp, stack pointer)
r14 (lr, 保存函数的指针)
r15 (pc, 保存取指令的位置)
6个状态寄存器：
1个cpsr程序状态寄存器
5个spsr是cpsr的备份
[4:0] mode 模式位，标识当前arm核处于什么模式，
在特权模式下，可以写该寄存器
[5] T位，1，当前处于Thumb状态， 0 arm状态
[7] I位，1，禁止RIQ
0, 使能RIQ
[6] F位，1，禁止FIQ
0, 使能FIQ
[28] v位 有符号数据在做运算的时候有进位
[29] C位 运算结果最高位有进位
0xfffffffc + 10 => C = 1
[30] Z位 运算结果为0, z位为1
[31] N,运算结果为负, =1
每一种模式下，都只能访问其中的一个子集
2.2.4 异常向量与异常向量表
裸板程序：
main (){
xxx_init ();
...
while (1)
{
周期性事件
}
}
+ 异常处理
ARM Core 支持 7种工作模式
reset (复位异常) 按下复位键
undef (未定义的异常) 执行到不认识的指令
swi (软中断异常) 执行汇编指令“swi”
prefetch abort (预取值终止异常)
取指令时进行了非法的存储器访问
data abort 取数据时进行了非法的存储器访问
irq (中断异常) 按键中断
fiq (快速中断) 高优先级中断发生时
7种异常会导致arm进入5种异常模式
当异常产生时，ARM核硬件上自动做4件事：
1. 备份cpsr
spsr_
2. 修改 cpsr
a) 切换为arm工作模式 CPSR[T]
b) 切换为异常工作模式 CPSR[4:0]
c) 禁止中断 CPSR[I] = 1 CPSR[F] = 1
3. 保存返回地址到LR_
4. 给pc赋值
reset 异常 ==》pc = 0x00
..
fiq 异常 ===》 pc = 0x1C
从异常返回的时候，软件上需要处理：
1)恢复cpsr
2)返回被打断的位置
fun(){
...
return
}
main (){
func (); //i++指令的地址 ---》 LR
i++;
}
2.2.5 ARM 支持的数据类型
byte
half word
word
double word
对齐方式：
4字节对齐，存储的地址可以被4整除
struct stu{
int a;
char c;
short d;
int b;
};
sizeof (struct stu) = 12;
大小端的判断：
int a = 0x12345678;
字节序：
大端模式 小端模式
地址 值 值
0x00 12 78
0x01 34 56
0x02 56 34
0x03 78 12
权重最大的在低地址叫大端
编程实现arm处理器大小端的判断？
参见代码: Endian.c
三 arm汇编
3.1 基本概念
arm 汇编语言，又叫助记符语言
大多数系统设计的主要工作都集中在编译代码（C），
一般不需要了解指令集，但是以下情况会用到汇编：
嵌入式系统中需要初始化和中断服务程序
所有的系统都需要调试，可能会用汇编调试
可以通过汇编语言来提升系统的性能
有些指令编译器无法产生，只能通过汇编完成
3.2 ARM汇编指令
ARM汇编指令的特点
1）大多数汇编指令都是单周期
2）大多数arm汇编指令可以条件执行
3.2.1 分支跳转指令
b {cond} <目标地址> //类似于goto
b main
b 指令应用实例：
start:
cmp r0,r1
beq not_copy
move r0,r1
not_copy:
b .
bl {cond} <目标地址> //函数调用 l是 link
bl main //在向main跳转之前，记录下下一条指令的地址到LR
注意：目标地址的范围：土32M
将指令中的24位带符号的补码立即数扩展为32位，将32bit左移两位，
将得到的数值加到pc寄存器中，得到目的地址。
指令的编码格式
31 28 25 24 23 0
cond B L target
bl指令的应用实例:
start:
mov r0, #1
mov r1, #2
bl DoAdd
b . // 跳转到当前地址
DoAdd:
add r0, r0, r1
mov pc, lr
bx
blx
b {l} {cond}
b {l} {cond}
x,带状态切换
Rn,一定是通用寄存器 r0~r15
注意：跳转的范围不受限制 （0~4G）
bx指令的应用实例:
.code 32 arm指令 32bit
ARM_code:
ADR R0, THUMB_code + 1 @R0中存放的是要跳转的地址
BX R0
.code 16 thumb 指令 16bit
THUMB_code:
ADR R0, ARM_code
BX R0
3.2.2 数据处理指令
1）移位指令
LSL: logical shift left 逻辑左移
LSR:
logical shift right 逻辑右移,空出的位0
ASR:
Arithmetic shift right 算数右移
最高位补符号位
ROR:
ROR 循环右移
RRX:
带扩展位的循环右移 新的最高位由CPSR的C位，而且更新C位
2） 数据传输指令
mov {cond} {s}
cond, 可以条件
s, 操作结果影响cpsr的NZCV位
mov R0, #10 @ r0 = 10
movs R0, #10 @ r0 = 10, N = 0 Z = 0
Rd 一定是通用寄存器
operand : 有三种表现形式
mov r0, #10
注意立即数的合法性问题
存在一个8bit的立即数，
循环右移偶数位得到，那么这个立即数就是合法的
mov r0, r2 @ r0 = r2
mov r0, r2, lsl #2 @r0 = r2 << 2
moveqs r0, r1 @ if (CPSR.Z ==1)
movs r0, r1
@ r0 = r1 if (r0 == 0) Z = 1 else Z = 0
@ N = r0[31]
mvn {cond} {s}
将operand表示的数据的反码传送到目标寄存器r0中
并根据操作的结果影响CPSR的NZCV位
3.2.3 算数运算指令
add {cond} {s}
cond, 可以条件执行
s,操作结果影响NZCV位
N = r[31]
if (Rn == 0) Z = 1 else Z = 0
最高位有进位 C = 1 else C = 0
Rd, Rn 一定是通用寄存器
operand 有三种表现形式
add r0, #10
add r0, r1, r2
add r0, r1, r2, lsl #3 @r0 = r1+r2*8
adc {cond} {s}
adc r0, r1, r2 @r0 = r1 + r2 + C
64bit的加法运算：
高 低
被加数 r0 r1
加数 r2 r3
和 r0 r1
adds r1, r1, r3
adc r0, r0, r2
sub {cond} {s}
s, 注意对C位影响
Rn > Operand C = 1
C = 0
sbc {cond} {s}
sbc r0, r1, r2 @r0 = r1-r2-NOT(C) @出现负负得正的效果
64bit的减法：
高 低
被减数 r4 r5
减数 r6 r7
差 r8 r9
subs r9, r5, r7 @if (r5 > r7) C = 1
sbc r8, r4, r6 @r8 = r4 - r6 -NOT(C)
rsb {cond} {s}
rsb r0, r1, r2 @r0 = r2 - r1
rsb r0, r1, #8 @r0 = 8 - r1
rsb r0, #8, r1 @不对，语法错误
rsb r0, r0, #0 @取相反数
练习：求1到10的累加和，结果保存到r0中
参见代码 add.s
作业：对照 数据手册 和电路原理图 读懂01工程文件
建立ctags文件：
ctags -R *
如何跳转：光标移到要跳转的位置 --》ctrl + }
跳回来 ctrl + t