3.4 汇编语言的程序结构及在ADS环境下调试
在ARM（Thumb）汇编语言程序中，以程序段为单位组织代码。段是相对独立的指令或数据序列，具有特定的名称。段可以分为代码段和数据段，代码段的内容为执行代码，数据段存放代码运行时需要用到的数据。一个汇编程序至少应该有一个代码段，当程序较长时，可以分割为多个代码段和数据段，多个段在程序编译链接时最终形成一个可执行的映象文件。
3.4.1 汇编语言程序结构
以下是一个汇编语言源程序的基本结构。
AREA Init, CODE, READONLY
ENTRY
……
END
;汇编语言源程序的基本结构，分号为注释
AREA EX2, CODE, READONLY
;AREA指令定义一个名为EX2程序段，属性为只读
例3.1 定义一个代码段arm，其属性为只读，首先分别给3个变量赋值，给x、y赋两个值，给stack_top赋一个地址，程序代码如下，请阅读程序写出最后r0的值及调试程序及地址0x1000上的内容，程序名为ex3_1.s。
AREA arm , CODE , READONLY ；要有空格
x EQU 45 ; 不能有空格
y EQU 64
stack_top EQU 0x1000
ENTRY
MOV sp, #stack_top
MOV r0, #x
STR r0, [sp]
MOV r0, #y
LDR r1, [sp]
ADD r0, r0, r1
STR r0, [sp]
Stop
B Stop
END
注意：
标签必须在一行的开头顶格写，不能有空格；
ARM指令前要留有空格，可全部大写或小写，但不要大小写混合使用；
注释使用“; ”。
3.4.2 汇编语言编辑、运行与调试
（1）运行ADS1.2集成开发环境，点击File|New，在New对话框中，选择Project中的ARM Executable Image选项，在Project name栏中输入项目的名称ex3_1，点击“确定”按钮保存项目，如图3.6所示。
图3.6 输入工程名
（2）在新建的工程中，选择Debug版本，如图3.7所示，使用Edit|Debug Settings菜单对Debug版本进行参数设置。
图3.7 选择Debug
（3）在图3.8中，点击Debug Setting按钮，弹出如图3.9所示的窗口，选中Target Setting项，在Post-linker栏中选中ARM fromELF项，如图3.9所示。按OK确定。这是为生成可执行的代码的初始开关。
图3.8 点击Debug Settings图标
图3.9 选择ARM from ELF
（4）在图3.10中，点击ARM Assembler，在Architecture or Processer栏中选ARM9TDMI，这是要编译的CPU核。
图3.10 选择设备的处理器
（5）在图3.11中，点击ARM linker，在output栏中设定程序的代码段地址，以及数据使用的地址。图中的RO Base栏中填写程序代码存放的起始地址，RW Base栏中填写程序数据存放的起始地址。该地址是属于SDRAM的地址。
图3.11 存储器读写地址设置
在Options栏中，如图3.12所示，Image entry point要填写程序代码的入口地址，其他保持不变，如果是在SDRAM中运行，则可在0x0c000000—0x0cffffff中选值，这是16MSDRAM的地址，但是这里用的是起始地址，所以必须把你的程序空间给留出来，并且还要留出足够的程序使用的数据空间，而且还必须是4字节对齐的地址（ARM状态）。通常入口点Image entry point为0xc100000, ro_base也为0xc100000。
图3.12 程序执行入口地址设置
在Layout栏中，如图3.13所示，在Place at beginning of image框内，需要填写项目的入口程序的目标文件名，如，整个工程项目的入口程序是ex3_1.s，那么应在Object/Symbol处填写其目标文件名ex3_1.o，在Section处填写程序入口的起始段标号。它的作用是通知编译器，整个项目的开始运行是从该地址段开始的。
图3.13 输入目标文件名及标号
（7）在图3.14中，在Debug Setting对话框中点击左栏的ARM fromELF项，在Output file name栏中设置输出文件名*.bin，前缀名可以自己取，在Output format栏中选择Plain binary，这是设置要下载到Flash中的二进制文件。图3.14中使用的是ex3_1.bin.
图3.14 输入可在开发板上执行的文件名
（8）输入汇编源程序
点击File|New，在New对话框中，选择File选项，在File name栏中输入文件名ex3_1.s，如图3.15所示，点击“确定”按钮后输入源程序并保存。
图3.15 输入汇编程序名
（9）装载文件ex3_1.s
在如图3.16所示工程ex3_1.mcp中File的空白处点击右键，选择菜单项Add Files，导入文件ex3_1.s，并按图3.17的选项，点击按钮[ OK ]。
图3.16 导入文件ex3_1.s
图3.17 选择调试类型
（10）在ADS1.2集成开发环境（CodeWarrior for ARM Developer Suite）选择菜单Project|Debug。
（11）如果是模拟调试，选择AXD中菜单Options→Configure Target→选择ARMUL，如图3.18所示。
图3.18 选择仿真调试
ADS开发工具中分别支持两种情况的目标调试。ARMUL目标环境配置，此是AXD链接到用软件模拟的目标机；第二是选择ADP目标环境配置，它是AXD使用Angel调试协议链接到开发板硬件进行的调试。
（12）程序调试
① 查看/修改存储器内容
在AXD窗口中，点击Processor Views|Memory，可以在Memory start address输入存储器的起始地址，查看存储器某地址上的内容，双击某一数据，可以修改此存储单元的内容。
② 在命令行窗口执行AXD命令
在AXD窗口中，点击System Views|Command Line Interface，在提示符>下可以输入命令进行调试。
③ 监视变量变化
在AXD窗口中，点击Processor Views|Watch，用鼠标选中某变量，单击鼠标右键，在弹出的菜单中选中Add to watch，此变量显示在watch窗口中。
④ 设置断点
将光标定位在要设置断点的某语句处，按F9键。调试的结果如图3.19所示，图中显示了断点、Watch中寄存器的值、存储器从起始地址0x1000开始的存储内容。
图3.19 程序ex3_1.s调试情况
思考：在ADS环境下调试下列源程序（ASM.S）代码。
rGPFCON EQU 0x56000050
rGPFDAT EQU 0x56000054
rGPFUP EQU 0x56000058
AREA Init , CODE , READONLY
ENTRY
ResetEntry
ldr r0, =rGPFCON
ldr r1, =0x4000
str r1, [r0]
ldr r0, =rGPFUP
ldr r1, =0xffff
str r1, [r0]
ldr r2, =rGPFDAT
ledloop
ldr r1, =0x1ffff
str r1, [r2]
bl delay
ldr r1, =0x0
str r1, [r2]
bl delay
b ledloop
延时子程序
delay
ldr r3, =0x1ffff
delay1
sub r3, r3, #1
cmp r3, #0x0
bne delay1
mov pc, lr
END
3.5 汇编语言与C/C++的混合编程
在应用系统的程序设计中，若所有的编程任务均用汇编语言来完成，其工作量是可想而知的，同时，也不利于系统升级或应用软件移植。事实上，ARM体系结构支持C/C++以及与汇编语言的混合编程。在一个完整的程序设计中，除了初始化部分用汇编语言完成以外，其主要的编程任务一般都用C/C++ 完成。
汇编语言与C/C++的混合编程通常有以下几种方式：
（1）在C/C++代码中嵌入汇编指令；
（2）在汇编语言程序和C/C++的程序之间进行变量的互访；
（3）汇编语言程序、C/C++程序间的相互调用。
在以上的几种混合编程技术中，必须遵守一定的调用规则，如物理寄存器的使用、参数的传递等，这对于初学者来说，无疑显得过于烦琐。在实际的编程应用中，使用较多的方式是：程序的初始化部分用汇编语言完成，然后用C/C++完成主要的编程任务，程序在执行时首先完成初始化过程，然后跳转到C/C++程序代码中，汇编语言程序和C/C++程序之间一般没有参数的传递，也没有频繁的相互调用，因此，整个程序的结构显得相对简单，容易理解。
3.5.1 C语言程序调用汇编语言程序
1．在C语言中内嵌汇编
在C语言中内嵌的汇编指令包含大部分的ARM和Thumb指令，不过其使用方式与汇编文件中的指令有些不同，存在一些限制，主要有下面几个方面：
（1）不能直接向PC寄存器赋值，程序跳转要使用B或者BL指令；
（2）在使用物理寄存器时，不要使用过于复杂的C语言表达式，避免物理寄存器冲突；
（3）R12和R13可能被编译器用来存放中间编译结果，计算表达式值时可能将R0到R3、R12及R14用于子程序调用，因此要避免直接使用这些物理寄存器；
（4）一般不要直接指定物理寄存器，而让编译器进行分配。
（a）汇编指令以语句块形式嵌入在C语言程序的函数中，其使用格式为：
_asm
{
汇编语句
}
（b）汇编指令以函数形式嵌入在C语言程序的函数中，其使用格式为：
_asm int函数名(形式参数表)
{
汇编代码
}
例3.2 在C语言程序中嵌入汇编语句的例子，即将汇编指令以语句块形式嵌入在C语言程序中。
#include<stdio.h>
int add(int i, int j)
{
int sum;
_asm
{
ADD sum, i, j
}
return sum;
}
int main()
{
int x, y;
scanf("%d %d", &x, &y);
printf("%d+%d=%d\n", x, y, add(x, y));
return 0;
}
请建立一个工程，调试上述程序。
例3.3 请在ADS环境中调试下列程序，程序表明如何在C语言程序中内嵌汇编语言。
#include<stdio.h>
void my_strcpy(const char ＊src, char ＊dest)
{
char ch;
_asm
{
loop :
ldrb ch , [src], #1
strb ch , [dest], #1
cmp ch, #0
bne loop
}
}
int main()
{
char ＊a = "forget it and move on! ";
char b[64];
my_strcpy(a, b);
printf("original: %s", a);
printf("copyed: %s", b);
return 0;
}
2．在C语言程序中调用以函数形式构成的汇编指令
C语言程序调用汇编语言程序时，汇编语言程序的书写也要遵循ATPCS规则，以保证程序调用时参数正确传递。在C语言程序中调用汇编语言子程序的方法为：首先在汇编程序中使用EXPORT伪指令声明被调用的子程序，表示该子程序将在其他文件中被调用；然后在C语言程序中使用extern关键字声明要调用的汇编子程序为外部函数。
例如：在一个汇编源文件中定义了如下求和函数。
EXPORT add ; //声明add子程序将被外部函数调用
……
add ; //求和子程序add
ADD r0, r0, r1
MOV pc, lr
……
在一个C语言程序的main()函数中对add汇编子程序进行了调用：
extern int add (int x, int y); //声明add为外部函数
void main( )
{
int a=1, b=2, c;
c=add(a, b); //调用add子程序
……
}
当main()函数调用add汇编语言子程序时，变量a、b的值会给了r0和r1，返回结果由r0带回，并赋值给变量c。函数调用结束后，变量c的值变成3。
例如：
建立文件add.s，代码如下：
EXPORT add
AREA add, CODE, READONLY
ENTRY
ADD r0, r0, r1
MOV pc, lr
END
C程序代码为：
#include<stdio.h>
extern int add(int x, int y);
int main()
{
int x, y;
scanf("%d %d", &x, &y);
printf("%d+%d=%d\n", x, y, add(x, y));
return 0;
}
程序调试方法
首先建立一个工程test。
按照图3.20、图3.21所示建立源程序main.c与add.s，请注意选中“Add to Project”，并分别输入C语言源程序与汇编语言源程序。
图3.20 编辑汇编文件add.s
图3.21 编辑C程序文件main.c
3．在图3.22中设置ARM Linker中Output的RO Base地址设为0x400000
图3.22 程序调试
4．设置程序开始执行的地址，如图3.23所示。在ARM Linker的Options标签中
图3.23 程序执行起始地址
5．如图3.24所示，设置程序从main.o开始执行
图3.24 设置起始执行程序main.o
6．执行菜单Procject下的make命令，编译程序
7．执行程序run，如图3.25所示
图3.25 程序执行结果
3.5.2 汇编程序调用C语言程序
在汇编程序中调用C语言程序，格式较为简单。其格式为：
BL C函数名
例如：
第一步：新建一个工程项目test3.mcp后再新建一个init.s汇编语言程序，这个程序是该项目文件的入口程序，程序代码为：
AREA asm, CODE, READONLY
IMPORT add
ENTRY
LDR r0, =0x1
LDR r1, =0x20
LDR r2, =0x2
BL add ; result saved in r0
B .
END
第二步：新建一个main.c程序，程序代码为：
int add(int a, int b, int c)
{
int sum=0, i;
for(i=a; i<=b; i=i+c)
sum=sum+i;
return sum;
}
第三步：在ADS1.2集成开发环境（CodeWarrior for ARM Developer Suite）选择微处理器、RO Base地址、程序执行的首地址、程序开始执行的函数Init.o等环境参数。
第四步：选择菜单Project|Make后，点击Project|Debug，转入AXD环境。
第五步：在AXD环境中，点击Ecxute|Go，然后进行单步调试。
第六步：在调试过程中把变量r0、r1、r2、i、sum添加到Watch窗口，观察这些变量的变化情况。
思考：请调试下列程序。
（1）建立文件init.s，代码如下：
AREA Init , CODE, READONLY
ENTRY
ResetEntry
IMPORT Main
EXPORT delay
delay
sub r0, r0, #1
cmp r0, #0x0
bne delay
mov pc, lr
END
（2）C语言程序代码为：
#include<stdio.h>
#define rGPFCON ( ＊ ( volatile unsigned ＊)0x56000050)
#define rGPFDAT ( ＊ ( volatile unsigned ＊)0x56000054)
#define rGPFUP ( ＊ ( volatile unsigned ＊)0x56000058)
extern delay(int time);
int main()
{
rGPFCON=0x4000 ;
rGPFUP=0xffff ;
while(1)
{
rGPFDAT=0xff ;
delay(0xbffff);
rGPFDAT=0x0 ;
delay(0xbffff);
rGPFUP=0xffff ;
}
return 0;
}
思考与实验
一、判断题
1.ARM中有下列汇编语言语句：
ldr r0, =rGPFCON
表示将寄存器rGPFCON的内容存放到寄存器r0中。（ ）
2.ARM中有下列汇编语言语句：
ldr r1, =0x4000
表示将立即数0x4000加载到r1寄存器中。（ ）
3.ARM中有下列汇编语言语句：
str r1 , [r0]表示将r1中的数据存放到寄存器r0中。（ ）
4.ARM中有下列汇编语言语句：
ldr r1 , [r2]
表示将r2中的数据作为地址，取出此地址中的数据保存在r1中。（ ）
5.ARM中有下列汇编语言语句：
ldr r0 , [r1, #4]
表示将寄存器r1的内容加上4，然后把此数保存在寄存器r0中。（ ）
6.ARM中有下列汇编语言语句：
b ledon
表示调用子程序ledon。（ ）
7.ARM中有下列汇编语言语句：
sub r0, r0, #1
表示r0+1地址上的内容存放到寄存器r0中。（ ）
8.ARM中有下列汇编语言语句：
cmp r0, #x0
表示将r0的值与0进行比较。（ ）
9.ARM中有下列汇编语言语句：
ldr r0, =rGPFCON
str r1 , [r0]
表示将r0中的数据存放到寄存器r1中。（ ）
二、程序调试
1．在ADS中调试下列程序。
/＊ main.c ＊/
#include <stdio.h>
extern void asm_strcpy(const char ＊src, char ＊dest);
int main()
{
const char ＊s = "seasons in the sun";
char d[32];
asm_strcpy(s, d);
printf("source: %s", s);
printf(" destination: %s", d);
return 0;
}
;汇编语言程序作为函数调用
AREA asmfile, CODE, READONLY
EXPORT asm_strcpy
asm_strcpy
loop
ldrb r4, [r0], #1 address increment after read
cmp r4, #0
beq over
strb r4, [r1], #1
b loop
over
mov pc, lr
END
2．在汇编和C之间通过定义全局变量实现数据传送，请调试程序。
main.c文件
#include <stdio.h>
int gVar_1 = 12;
extern asmDouble(void);
int main()
{
printf("original value of gVar_1 is: %d", gVar_1);
asmDouble();
printf(" modified value of gVar_1 is: %d", gVar_1);
return 0;
}
汇编语言文件
AREA asmfile, CODE, READONLY
EXPORT asmDouble
IMPORT gVar_1
asmDouble
ldr r0, =gVar_1
ldr r1, [r0]
mov r2, #2
mul r3, r1, r2
str r3, [r0]
mov pc, lr
END
3．阅读下列汇编程序，并在ADS环境下上机调试。
AREA LDR_STR_LSL_LSR, CODE, READONLY
ENTRY
;＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
＊＊＊＊＊＊＊＊
; 加载/存储指令以及移位指令
;＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
＊＊＊＊＊＊＊＊
start
PRO1
LDR R0, =0x0000
LDR R1, =0x0004
LDR R0, [R1] ；将存储器地址为R1的字数据读入寄存器R0
LDR R0, =0x0000
LDR R1, =0x0004
LDR R2, =0x0008
LDR R0, [R1, R2] ；将存储器地址为R1+R2的字数据读入寄存器R0
LDR R0, =0x0000
LDR R1, =0x0004
LDR R2, =0x0008
LDR R0, [R1], R2 ；将存储器地址为R1的字数据读入寄存器R0，并将新地址R1+R2写入
R1
LDR R0, =0x0000
LDR R1, =0x0004
LDR R0, [R1, #8] ；将存储器地址为R1+8的字数据读入寄存器R0
AND R0, R0, #0 ；保持R0的0位，其于位清0
LDR R1, =0X0004
LDR R0, [R1, #8]! ；将存储器地址为R1+8的字数据读入寄存器R0，并将新地址R1+8写
入R1
LDR R0, =0x0000
LDR R1, =0x0004
LDR R0, [R1], #8 ；将存储器地址为R1 的字数据读入寄存器R0，并将新地址R1+8 写入
R1
LDR R0, =0x0000
LDR R1, =0x0004
LDR R2, =0x0008
LDR R0, [R1, R2, LSL#2]!
;将存储器地址为R1+R2×4的字数据读入寄存器R0，并将新地址R1+R2×4写入R1
LDR R0, =0x0000
LDR R1, =0x0004
LDR R2, =0x0008
LDR R0, [R1], R2, LSR#2
;将存储器地址为R1的字数据读入寄存器R0，并将新地址R1+R2/4写入R1
PRO2
LDR R0, =0x0000
LDR R1, =0x0004
STR R0, [R1], #8；将R0中的字数据写入以R1为地址的存储器中，并将新地址R1+8写
入R1
STR R0, [R1, #8] ；将R0中的字数据写入以R1+8为地址的存储器中
B PRO1
END
4．下列是汇编程序调用C语言程序一个示例，请分析程序。
;＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
＊＊＊＊＊
; Institute of Automation, Chinese Academy of Sciences
;File Name: Init.s
;Description:
;Author: JuGuang, Lee
;Date:
;＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
＊＊＊＊
IMPORT Main ；通知编译器该标号为一个外部标号
;定义一个代码段
AREA Init, CODE, READONLY
;定义程序的入口点
ENTRY
;初始化系统配置寄存器
LDR R0, =0x3FF0000
LDR R1, =0xE7FFFF80
STR R1, [R0] ；初始化用户堆栈
LDR SP, =0x3FE1000 ；跳转到Main（ ）函数处的C/C++代码执行
BL Main ；标识汇编程序的结束
END
以上的程序段完成一些简单的初始化，然后跳转到Main（ ）函数所标识的C/C++代码处执行
主要的任务，此处的Main仅为一个标号，也可使用其他名称，与C语言程序中的main（ ）
函数没有关系。
/＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
＊ Institute of Automation, Chinese Academy of Sciences
＊ File Name: main.c
＊ Description: P0, P1 LED Flash.
＊ Author: JuGuang, Lee
＊ Date:
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊/
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++);
}
}