嵌入式实验一报告--arm基本指令

嵌入式系统及其应用实验开课实验室：嵌入式系统实验室年月日学院年级、专业、班级姓名实验序号实验项目名称RealView集成开发环境、ARM/Thumb汇编指令，C语言与汇编语言综合应用实例指导教师实验类型验证性实验（）设计性实验（）综合性实验（）同组实验人成绩教师评语教师签字：年月日一、实验目标1.初步学会使用μVision3 IDE for ARM 开发环境及ARM 软件模拟器；2.通过实验掌握简单ARM 汇编指令的使用方法。

用μVision3 IDE for ARM 开发环境及ARM 软件模拟器；3.通过实验掌握简单ARM 汇编指令的使用方法。

4.通过实验掌握使用ldm/stm，b，bl 等指令完成较为复杂的存储区访问和程序分支；5.学习使用条件码，加强对CPSR 的认识；6.通过实验掌握msr/mrs指令实现ARM处理器工作模式的切换7.观察不同模式下的寄存器，加深对CPU结构的理解8.学会使用c与汇编混合编程二、实验内容1. 编写程序循环对R4-R11进行累加8次赋值，R4-R11 起始值为1-8，每次加操作后把R4-R11的内容放入SP 栈中，SP 初始设置为0x800。

最后把R4-R11用LDMFD指令清空赋值为0。

2.编写程序从ARM状态切换到Thumb，在ARM状态下把R2赋值为0x12345678，在Thumb状态下把R2赋值为0x87654321。

同时观察并记录CPSR，SPSR的值，分析各个标志位。

3.有两个内存区A，B，内存区A存放100个字（32位），有两个函数分别为Fiq_get()FIQ模式,和用户模式Sort();Fiq_get()负责从前到后从A区取8个字W0－W7，并全部减去第8个数W8，再传递给Sort()函数；Sort()接收（调用）Fiq_get()的数，并插入B区进行排序，排序后的数仍存放在B区要求用Fiq_get()用汇编实现，Sort()用C实现，要求利用FIQ模式和用户模式的自有寄存器实现数据传递和保存的最大效率三、实验原理1. ARM寄存器数据传送ARM通用寄存器（R0-R15）可分为三类：（1）不分组寄存器R0-R7；不分组寄存器R0~R7在所有处理器模式下，它们每一个都访问一样的32 位寄存器。

它们是真正的通用寄存器，没有体系结构所隐含的特殊用途。

（2）分组寄存器 R8-R14；分组寄存器R8～R14 对应的物理寄存器取决于当前的处理器模式。

若要访问特定的物理寄存器而不依赖当前的处理器模式，则要使用规定的名字。

寄存器R8~R12 各有两组物理寄存器：一组为FIQ 模式，另一组为除了FIQ 以外的所有模式。

寄存器R8~R12 没有任何指定的特殊用途，只是在作快速中断处理时使用。

寄存器R13，R14 各对应6 个分组的物理寄存器，1 个用于用户模式和系统模式，其它5 个分别用于5 种异常模式。

寄存器R13 通常用做堆栈指针，称为SP；寄存器R14 用作子程序链接寄存器，也称为LR。

（3）程序计数器R15。

寄存器R15 用做程序计数器(PC)。

在本实验中，ARM 核工作在用户模式，R0~R15 可用。

本题涉及到的汇编指令语法及规则:ldrldr 伪指令将一个32 位的常数或者一个地址值读取到寄存器中。

当需要读取到寄存器中的数据超过了mov 或者mnv 指令可以操作的范围时，可以使用ldr 伪指令将该数据读取到寄存器中。

在汇编编译器处理源程序时，如果该常数没有超过mov 或者mnv 可以操作的范围，则ldr 指令被这两条指令中的一条所替代，否则，该常数将被放在最近的一个文字池内（literal pool），同时，本指令被一条基于PC 的ldr 指令替代。

语法格式：ldr <register> , = <expression>其中，expression 为需要读取的32 位常数；register 为目标寄存器。

示例：ldr r1，=0xffldr r0，=0xfff00000本题部分程序解析:mov sp,#stack_top ;堆栈头ldr r0,=source ;初值mov r1,#number ;循环次数ldr r2,=reset ;复位置零LDMIA r0!,{R4-R11} ;将R0指向的地址单元中的数据读出到R4到R11stmia sp!,{r4-r11} ;将R4到R11单元中的值压入堆栈ldmfd r2,{r4-r11} ;将R2所指向单元的值读出到R4到 R112.ARM指令状态切换ARM/Thumb（1）ARM 处理器共有两种工作状态：ARM：32 位，这种状态下执行字对准的ARM 指令；Thumb：16 位，这种状态下执行半字对准的Thumb 指令。

在Thumb 状态下，程序计数器PC 使用位1 选择另一个半字。

注意: ARM 和Thumb 之间状态的切换不影响处理器的模式或寄存器的内容。

ARM 处理器在两种工作状态之间可以切换。

图3-7 寄存器状态图（2）程序状态寄存器前一节提到的程序状态寄存器CPSR和SPSR包含了条件码标志，中断禁止位，当前处理器模式以及其他状态和控制信息。

每种异常模式都有一个程序状态保存寄存器CPSR。

当异常出现时，SPSR用于保留CPSR的状态。

CPSR 和SPSR 的格式如下：1) 条件码标志：N，Z，C，V 大多数指令可以检测这些条件码标志以决定程序指令如何执行2) 控制位：最低8 位I，F，T 和M 位用作控制位。

当异常出现时改变控制位。

当处理器在特权模式下也可以由软件改变。

●中断禁止位:I置1则禁止IRQ中断；F置1则禁止FIQ中断。

●T位:T=0指示ARM执行；T=1指示Thumb执行。

在这些体系结构的系统中，可自由的使用能在ARM和Thumb状态之间切换的指令。

模式位:M0,M1,M2,M3和M4是模式位.这些位决定处理器的工作模式.如表12-1 所示。

3) 其他位程序状态寄存器的其他位保留，用作以后的扩展。

（3）本实验涉及到的伪操作及指令规则Code [16|32]code 伪操作用于选择当前汇编指令的指令集。

参数16 选择Thumb 指令集，参数32 选择ARM 指令集。

语法格式：code[16|32]adradr 指令将基于PC 的地址值或者基于寄存器的地址值读取到寄存器中。

在汇编编译器处理源程序时，adr 伪指令被编译器替换成一条合适的指令。

通常，编译器用一条add 指令或者sub 指令来实现该伪指令的功能。

如果标号超出范围或者标号在同一文件（和同一段）内没有定义，则会产生一个错误。

该指令不使用文字池（literal pool）。

Bx{<cond>} <Rn>Bx指令实现跳转到Rn指定的地址去执行程序。

若Rn的bit0为1，则跳转时自动将CPSR中的标志T置位，即把目标地址的代码解释为Thumb代码；若Rn的bit0为0，则跳转时自动将CPSR中的标志T复位，即把目标地址的代码解释为ARM代码。

（4）本题部分程序解析:adr r0,TSTART+1 ;根据CPSR值可知处于arm态，管理模式ldr r2,=number_1bx r0 ;跳转并切换为Thumb工作状态3.ARM处理器模式转换及C与汇编混合编程(1) ARM 体系结构支持下表3-2 所列的7 种处理器模式。

在软件控制下可以改变模式，外部中断或异常处理也可以引起模式发生改变。

大多数应用程序在用户模式下执行。

当处理器工作在用户模式时，正在执行的程序不能访问某些被保护的系统资源，也不能改变模式，除非异常(exception)发生。

这允许通过合适地编写操作系统来控制系统资源的使用。

除用户模式外的其他模式称为特权模式。

它们可以自由的访问系统资源和改变模式。

(2) ARM异常向量表当正常的程序执行流程暂时挂起时，称之为异常，例如：处理一个外部的中断请求。

在处理异常之前，必须保存当前的处理器状态，以便从异常程序返回时可以继续执行当前的程序。

ARM 异常向量表如下:处理器允许多个异常同时发生，这时，处理器会按照固定的顺序进行处理，参照下面的异常优先级。

高优先级：1 ---- Reset2 ---- Data abort3 ---- FIQ4 ---- IRQ5 ---- Prefetch abort低优先级：6 ---- Undefined Instruction，Software interrupt由上可见，Reset 入口，即为整个程序的实际入口点。

因此，我们在编写代码的时候，第一条语句是在0x00000000 处开始执行的.(3) 内嵌汇编语言编译 C 时，可以通过__asm 汇编程序说明符调用内嵌汇编程序。

说明符后面跟随有一列包含在大括号中的汇编程序指令。

例如：__asm{Instruction [; instruction]...[instruction]}如果两条指令在同一行中，必须用分号将其分隔。

如果一条指令占用多行，必须用反斜线符号（\）指定续行。

可在内嵌汇编语言块内的任意位置处使用C 注释。

可在任何可以使用C 语句的地方使用__asm 语句。

(4)本题部分程序解析I1)工作模式切换由于程序运行开始工作在用户模式，不能从用户模式直接切换到其他模式，必须先通过mainfunc内嵌的汇编程序swi进行软中断，从而切换到特权模式。

再通过msr/mrs指令对CPSR的M0-M4位进行操作，切换到FIQ模式进行数据传送。

b mainfunc ;C程序：void mainfunc(){//fiqfunc();__asm{SWI 0}fiqfunc();}tofiqmrs r0,cpsrbic r0,r0,#0x1forr r0,r0,#0x11 ;/* set the mode as FIQ mode */msr cpsr_cxfs,r0数据传送之后转换成用户模式：mrs r0,cpsrbic r0,r0,#0x1forr r0,r0,#0x10 ;/* set the mode as user mode */msr cpsr_cxfs,r0I2）汇编中调用c程序ldr r0, =src ;/* A区地址传递*/ldr r1, =dst ;/* B区地址传递*/b sort ;调用c排序C排序程序：void sort( const int *src,int *dest){int j,i,temp;for(i=0;i<19;i++)for(j=i+1;j<20;j++){if(dest[i]>dest[j]){temp=dest[i];dest[i]=dest[j];dest[j]=temp;}}}四、实验设备（软、硬件）1.pc机2.Keil μVision3 IDE for ARM五、实验步骤1）在\Keil\ARM\Examples\目录下建立文件夹命名，参考3.1.5 小节实验的操作步骤建立一个新的工程，命名；2）在Project workspace 工作区中右击target1->Source Group 1，在弹出菜单中选择“Add file to Group …Source‟ ”，在随后弹出的文件选择对话框中，选择刚才建立的源文件；3) 把光盘\software\EduKit44B0_for_MDK\common 目录中的DebugINRam.ini 文件拷贝到\Keil\ARM\Examples\Armcode1 目录下。