ARM應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)詳解 第4章 ARM程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

— 相鄰的單目運(yùn)算符的運(yùn)算順序?yàn)閺挠业阶?，且單目運(yùn)算符的優(yōu)先級(jí)高于其他運(yùn)算符。

— 括號(hào)運(yùn)算符的優(yōu)先級(jí)最高。

1、 數(shù)字表達(dá)式及運(yùn)算符

數(shù)字表達(dá)式一般由數(shù)字常量、數(shù)字變量、數(shù)字運(yùn)算符和括號(hào)構(gòu)成。與數(shù)字表達(dá)式相關(guān)的運(yùn)算符如下：

— “＋”、“－”、“×”、“/” 及“MOD”算術(shù)運(yùn)算符

以上的算術(shù)運(yùn)算符分別代表加、減、乘、除和取余數(shù)運(yùn)算。例如，以X和Y表示兩個(gè)數(shù)字表達(dá)式，則：

X＋Y 表示X與Y的和。

X－Y 表示X與Y的差。

X×Y 表示X與Y的乘積。

X/Y 表示X除以Y的商。

X：MOD：Y 表示X除以Y的余數(shù)。

— “ROL”、“ROR”、“SHL”及“SHR”移位運(yùn)算符

以X和Y表示兩個(gè)數(shù)字表達(dá)式，以上的移位運(yùn)算符代表的運(yùn)算如下：

X：ROL：Y 表示將X循環(huán)左移Y位。

X：ROR：Y 表示將X循環(huán)右移Y位。

X：SHL：Y 表示將X左移Y位。

X：SHR：Y 表示將X右移Y位。

— “AND”、“OR”、“NOT”及“EOR”按位邏輯運(yùn)算符

以X和Y表示兩個(gè)數(shù)字表達(dá)式，以上的按位邏輯運(yùn)算符代表的運(yùn)算如下：

X：AND：Y 表示將X和Y按位作邏輯與的操作。

X：OR：Y 表示將X和Y按位作邏輯或的操作。

：NOT：Y 表示將Y按位作邏輯非的操作。

X：EOR：Y 表示將X和Y按位作邏輯異或的操作。

2、 邏輯表達(dá)式及運(yùn)算符

邏輯表達(dá)式一般由邏輯量、邏輯運(yùn)算符和括號(hào)構(gòu)成，其表達(dá)式的運(yùn)算結(jié)果為真或假。與邏輯表達(dá)式相關(guān)的運(yùn)算符如下：

— “=”、“>”、“<”、“>=”、“<= ”、“/=”、“ <>” 運(yùn)算符

以X和Y表示兩個(gè)邏輯表達(dá)式，以上的運(yùn)算符代表的運(yùn)算如下：

X = Y 表示X等于Y。

X > Y 表示X大于Y。

X < Y 表示X小于Y。

X >= Y 表示X大于等于Y。

X <= Y 表示X小于等于Y。

X /= Y 表示X不等于Y。

X <> Y 表示X不等于Y。

— “LAND”、“LOR”、“LNOT”及“LEOR”運(yùn)算符

以X和Y表示兩個(gè)邏輯表達(dá)式，以上的邏輯運(yùn)算符代表的運(yùn)算如下：

X：LAND：Y 表示將X和Y 作邏輯與的操作。

X：LOR：Y 表示將X和Y作邏輯或的操作。

：LNOT：Y 表示將Y作邏輯非的操作。

X：LEOR：Y 表示將X和Y作邏輯異或的操作。

3、 字符串表達(dá)式及運(yùn)算符

字符串表達(dá)式一般由字符串常量、字符串變量、運(yùn)算符和括號(hào)構(gòu)成。編譯器所支持的字符串最大長度為512字節(jié)。常用的與字符串表達(dá)式相關(guān)的運(yùn)算符如下：

— LEN運(yùn)算符

LEN運(yùn)算符返回字符串的長度（字符數(shù)），以X表示字符串表達(dá)式，其語法格式如下：

：LEN：X

— CHR運(yùn)算符

CHR運(yùn)算符將0～255之間的整數(shù)轉(zhuǎn)換為一個(gè)字符，以M表示某一個(gè)整數(shù)，其語法格式如下：

：CHR：M

— STR運(yùn)算符

STR運(yùn)算符將將一個(gè)數(shù)字表達(dá)式或邏輯表達(dá)式轉(zhuǎn)換為一個(gè)字符串。對(duì)于數(shù)字表達(dá)式，STR運(yùn)算符將其轉(zhuǎn)換為一個(gè)以十六進(jìn)制組成的字符串；對(duì)于邏輯表達(dá)式，STR運(yùn)算符將其轉(zhuǎn)換為字符串T或F，其語法格式如下：

：STR：X

其中，X為一個(gè)數(shù)字表達(dá)式或邏輯表達(dá)式。

— LEFT運(yùn)算符

LEFT運(yùn)算符返回某個(gè)字符串左端的一個(gè)子串，其語法格式如下：

X：LEFT：Y

其中：X為源字符串，Y為一個(gè)整數(shù)，表示要返回的字符個(gè)數(shù)。

— RIGHT運(yùn)算符

與LEFT運(yùn)算符相對(duì)應(yīng)，RIGHT運(yùn)算符返回某個(gè)字符串右端的一個(gè)子串，其語法格式如下：

X：RIGHT：Y

其中：X為源字符串，Y為一個(gè)整數(shù)，表示要返回的字符個(gè)數(shù)。

— CC運(yùn)算符

CC運(yùn)算符用于將兩個(gè)字符串連接成一個(gè)字符串，其語法格式如下：

X：CC：Y

其中：X為源字符串1，Y為源字符串2，CC運(yùn)算符將Y連接到X的后面。

4、 與寄存器和程序計(jì)數(shù)器（PC）相關(guān)的表達(dá)式及運(yùn)算符

常用的與寄存器和程序計(jì)數(shù)器（PC）相關(guān)的表達(dá)式及運(yùn)算符如下：

— BASE運(yùn)算符

BASE運(yùn)算符返回基于寄存器的表達(dá)式中寄存器的編號(hào)，其語法格式如下：

：BASE：X

其中，X為與寄存器相關(guān)的表達(dá)式。

— INDEX運(yùn)算符

INDEX運(yùn)算符返回基于寄存器的表達(dá)式中相對(duì)于其基址寄存器的偏移量，其語法格式如下：

：INDEX：X

其中，X為與寄存器相關(guān)的表達(dá)式。

5、 其他常用運(yùn)算符

—？運(yùn)算符

？運(yùn)算符返回某代碼行所生成的可執(zhí)行代碼的長度，例如：

?X

返回定義符號(hào)X的代碼行所生成的可執(zhí)行代碼的字節(jié)數(shù)。

— DEF運(yùn)算符

DEF運(yùn)算符判斷是否定義某個(gè)符號(hào)，例如：

：DEF：X

如果符號(hào)X已經(jīng)定義，則結(jié)果為真，否則為假。

4.3匯編語言的程序結(jié)構(gòu)
4.3.1匯編語言的程序結(jié)構(gòu)

在ARM（Thumb）匯編語言程序中，以程序段為單位組織代碼。段是相對(duì)獨(dú)立的指令或數(shù)據(jù)序列，具有特定的名稱。段可以分為代碼段和數(shù)據(jù)段，代碼段的內(nèi)容為執(zhí)行代碼，數(shù)據(jù)段存放代碼運(yùn)行時(shí)需要用到的數(shù)據(jù)。一個(gè)匯編程序至少應(yīng)該有一個(gè)代碼段，當(dāng)程序較長時(shí)，可以分割為多個(gè)代碼段和數(shù)據(jù)段，多個(gè)段在程序編譯鏈接時(shí)最終形成一個(gè)可執(zhí)行的映象文件。

可執(zhí)行映象文件通常由以下幾部分構(gòu)成：

—一個(gè)或多個(gè)代碼段，代碼段的屬性為只讀。

— 零個(gè)或多個(gè)包含初始化數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)段，數(shù)據(jù)段的屬性為可讀寫。

—零個(gè)或多個(gè)不包含初始化數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)段，數(shù)據(jù)段的屬性為可讀寫。

鏈接器根據(jù)系統(tǒng)默認(rèn)或用戶設(shè)定的規(guī)則，將各個(gè)段安排在存儲(chǔ)器中的相應(yīng)位置。因此源程序中段之間的相對(duì)位置與可執(zhí)行的映象文件中段的相對(duì)位置一般不會(huì)相同。

以下是一個(gè)匯編語言源程序的基本結(jié)構(gòu)：

AREA Init，CODE，READONLY

ENTRY

Start

LDR R0，=0x3FF5000

LDR R1，0xFF

STR R1，[R0]

LDR R0，=0x3FF5008

LDR R1，0x01

STR R1，[R0]

┉┉

END

在匯編語言程序中，用AREA偽指令定義一個(gè)段，并說明所定義段的相關(guān)屬性，本例定義一個(gè)名為Init的代碼段，屬性為只讀。ENTRY偽指令標(biāo)識(shí)程序的入口點(diǎn)，接下來為指令序列，程序的末尾為END偽指令，該偽指令告訴編譯器源文件的結(jié)束，每一個(gè)匯編程序段都必須有一條END偽指令，指示代碼段的結(jié)束。

4.3.2匯編語言的子程序調(diào)用

在ARM匯編語言程序中，子程序的調(diào)用一般是通過BL指令來實(shí)現(xiàn)的。在程序中，使用指令：BL子程序名

即可完成子程序的調(diào)用。

該指令在執(zhí)行時(shí)完成如下操作：將子程序的返回地址存放在連接寄存器LR中，同時(shí)將程序計(jì)數(shù)器PC指向子程序的入口點(diǎn)，當(dāng)子程序執(zhí)行完畢需要返回調(diào)用處時(shí)，只需要將存放在LR中的返回地址重新拷貝給程序計(jì)數(shù)器PC即可。在調(diào)用子程序的同時(shí)，也可以完成參數(shù)的傳遞和從子程序返回運(yùn)算的結(jié)果，通?？梢允褂眉拇嫫鱎0～R3完成。

以下是使用BL指令調(diào)用子程序的匯編語言源程序的基本結(jié)構(gòu)：

AREA Init，CODE，READONLY

ENTRY

Start

LDR R0，=0x3FF5000

LDR R1，0xFF

STR R1，[R0]

LDR R0，=0x3FF5008

LDR R1，0x01

STR R1，[R0]

BL PRINT_TEXT

┉┉

PRINT_TEXT

┉┉

MOV PC，BL

┉┉

END

4.3.3匯編語言程序示例

以下是一個(gè)基于S3C4510B的串行通訊程序，關(guān)于S3C4510B的串行通訊的工作原理，可以參考第六章的相關(guān)內(nèi)容，在此僅向讀者說明一個(gè)完整匯編語言程序的基本結(jié)構(gòu)：

;

; Institute of Automation,Chinese Academy of Sciences

;Description: This example shows the UART communication！

;Author: JuGuang,Lee

;Date:

;

UARTLCON0 EQU 0x3FFD000

UARTCONT0 EQU 0x3FFD004

UARTSTAT0 EQU 0x3FFD008

UTXBUF0 EQU 0x3FFD00C

UARTBRD0 EQU 0x3FFD014

AREA Init,CODE,READONLY

ENTRY

;

;LED Display

;

LDR R1,=0x3FF5000

LDR R0,=&ff

STR R0,[R1]

LDR R1,=0x3FF5008

LDR R0,=&ff

STR R0,[R1]

;*

;UART0 line control register

;*

LDR R1,=UARTLCON0

LDR R0,=0x03

STR R0,[R1]

;

;UART0 control regiser

;

LDR R1,=UARTCONT0

LDR R0,=0x9

STR R0,[R1]

;

;UART0 baud rate divisor regiser

;Baudrate=19200，對(duì)應(yīng)于50MHz的系統(tǒng)工作頻率

;*

LDR R1,=UARTBRD0

LDR R0,=0x500

STR R0,[R1]

;*

;Print the messages!

;*

LOOP

LDR R0,=Line1

BL PrintLine

LDR R0,=Line2

BL PrintLine

LDR R0,=Line3

BL PrintLine

LDR R0,=Line4

BL PrintLine

LDR R1,=0x7FFFFF

LOOP1

SUBS R1,R1,#1

BNE LOOP1

B LOOP

;*

;Print line

;*

PrintLine

MOV R4,LR

MOV R5,R0

Line

LDRB R1,[R5],#1

AND R0,R1,#&FF

TST R0,#&FF

MOVEQ PC,R4

BL PutByte

B Line

PutByte

LDR R3,=UARTSTAT0

LDR R2,[R3]

TST R2,#&40

BEQ PutByte

LDR R3,=UTXBUF0

STR R0,[R3]

MOV PC,LR

Line1 DCB &A,&D,"",0

Line2 DCB &A,&D,"Chinese Academy of Sciences,Institute of Automation,Complex System Lab.",0

Line3 DCB &A,&D," ARM Development Board Based on Samsung ARM S3C4510B.",0

Line4 DCB &A,&D,&A,&D,&A,&D,&A,&D,&A,&D,&A,&D,&A,&D,&A,&D,&A,&D,&A,&D,&A,&D,&A,&D,&A,&D,&A,&D,&A,&D,0

END

4.3.4匯編語言與C/C++的混合編程

在應(yīng)用系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)中，若所有的編程任務(wù)均用匯編語言來完成，其工作量是可想而知的，同時(shí)，不利于系統(tǒng)升級(jí)或應(yīng)用軟件移植，事實(shí)上，ARM體系結(jié)構(gòu)支持C/C＋以及與匯編語言的混合編程，在一個(gè)完整的程序設(shè)計(jì)的中，除了初始化部分用匯編語言完成以外，其主要的編程任務(wù)一般都用C/C++ 完成。

匯編語言與C/C++的混合編程通常有以下幾種方式：

－ 在C/C＋＋代碼中嵌入匯編指令。

－ 在匯編程序和C/C＋＋的程序之間進(jìn)行變量的互訪。

－ 匯編程序、C/C＋＋程序間的相互調(diào)用。

在以上的幾種混合編程技術(shù)中，必須遵守一定的調(diào)用規(guī)則，如物理寄存器的使用、參數(shù)的傳遞等，這對(duì)于初學(xué)者來說，無疑顯得過于煩瑣。在實(shí)際的編程應(yīng)用中，使用較多的方式是：程序的初始化部分用匯編語言完成，然后用C/C＋＋完成主要的編程任務(wù)，程序在執(zhí)行時(shí)首先完成初始化過程，然后跳轉(zhuǎn)到C/C＋＋程序代碼中，匯編程序和C/C＋＋程序之間一般沒有參數(shù)的傳遞，也沒有頻繁的相互調(diào)用，因此，整個(gè)程序的結(jié)構(gòu)顯得相對(duì)簡單，容易理解。以下是一個(gè)這種結(jié)構(gòu)程序的基本示例，該程序基于第五、六章所描述的硬件平臺(tái)：

;*

; Institute of Automation, Chinese Academy of Sciences

;File Name: Init.s

;Description:

;Author: JuGuang,Lee

;Date:

;

IMPORT Main ;通知編譯器該標(biāo)號(hào)為一個(gè)外部標(biāo)號(hào)

AREA Init,CODE,READONLY ；定義一個(gè)代碼段

ENTRY ；定義程序的入口點(diǎn)

LDR R0,=0x3FF0000 ；初始化系統(tǒng)配置寄存器，具體內(nèi)容可參考第五、六章

LDR R1,=0xE7FFFF80

STR R1,[R0]

LDR SP,=0x3FE1000 ；初始化用戶堆棧，具體內(nèi)容可參考第五、六章

BL Main ；跳轉(zhuǎn)到Main（）函數(shù)處的C/C++代碼執(zhí)行

END ；標(biāo)識(shí)匯編程序的結(jié)束

以上的程序段完成一些簡單的初始化，然后跳轉(zhuǎn)到Main（）函數(shù)所標(biāo)識(shí)的C/C＋＋代碼處執(zhí)行主要的任務(wù)，此處的Main僅為一個(gè)標(biāo)號(hào)，也可使用其他名稱，與C語言程序中的main（）函數(shù)沒有關(guān)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++);

}

}
4.4本章小節(jié)

本章介紹了ARM程序設(shè)計(jì)的一些基本概念，以及在匯編語言程序設(shè)計(jì)中常見的偽指令、匯編語言的基本語句格式等，匯編語言程序的基本結(jié)構(gòu)等，同時(shí)簡單介紹了C/C＋＋和匯編語言的混合編程等問題，這些問題均為程序設(shè)計(jì)中的基本問題，希望讀者掌握，注意本章最后的兩個(gè)示例均與后面章節(jié)介紹的基于S3C4510B的硬件平臺(tái)有關(guān)系，讀者可以參考第五、六章的相關(guān)內(nèi)容。