汇编语言的基础使用及ARM 裸机开发环境搭建

本篇简单介绍了关于汇编的一些基础指令的用法，但关于栈、寄存器等问题已经补充完整，同时加入了ARM 裸机开发环境搭建操作教程，汇编会用的语言基础环境依然是keil 4，但需要有相关支持,其他更多的指令建议大家多查手册来学习

学习核心目标

编写ARM 启动代码，为 C 语言运行搭建基础环境，核心任务包括：

1. 初始化异常向量表（处理复位、中断等异常）
2. 初始化各工作模式的栈指针寄存器（C 语言函数调用依赖栈）
3. 开启 ARM 内核中断允许（配置 CPSR 寄存器）
4. 将工作模式切换为User 模式（用户程序运行模式）
5. 引导程序进入 C 语言main函数执行

一、ARM 汇编基础（格式与伪指令）

1. 汇编程序基本结构（汇编中注释用；）

ARM 汇编通过伪指令指导汇编器工作，非处理器指令，核心结构如下：（注意格式：最前面要加tab键）

    AREA reset, CODE, READONLY  ; 定义代码段，段名reset（复位向量段），属性只读
    CODE32                      ; 后续指令使用32位ARM指令集（Thumb为16位，需用THUMB伪操作）
    ENTRY                       ; 标记程序入口（复位后第一个执行的指令位置）

    ; 具体内容

    END                         ; 标记程序结束

2. 关键伪指令解析

二、核心 ARM 指令

1. 数据传送指令（MOV/MVN）

（1）MOV 指令（数据移动 / 赋值）

• 功能：将立即数或寄存器值传送到目标寄存器（类似 C 语言的 = 赋值）

• 指令格式：

  格式	说明	示例
  MOV{S}<c> Rd, #const	立即数传送到 Rd	MOV R0, #0x8（R0=8）
  MOV{S}<c> Rd, Rm	Rm 值传送到 Rd	MOV R1, R0（R1=R0）
  MOV{S}<c> Rd, Rm, <shift>	Rm 移位后传送到 Rd（移位量 0-31）	MOV R6, R0, LSL #31（左移 31 位）

关键注意点：

• 移位操作支持LSL（逻辑左移）、LSR（逻辑右移）、ASR（算术右移）、ROR（循环右移）、RRX（带进位循环右移，无需移位量）
• 立即数需满足12 位立即数规则<z在SUB指令部分所写>

（2）MVN 指令（按位取反）

• 功能：将立即数或寄存器值按位取反后传送到目标寄存器（类似 C 语言 ~）
• 指令格式：MVN{S}<c> Rd, #const / MVN{S}<c> Rd, Rm{, <shift>}
• eg：MVN R0, #0x0（R0=0xFFFFFFFF，因为 0x0 取反为全 1）

2. 算术运算指令（ADD/SUB/CMP）

（1）ADD 指令（加法）

• 功能：两个操作数相加，结果存入目标寄存器（类似 C 语言+）

• 指令格式：

  格式	说明	示例
  ADD{S}<c> Rd, Rn, #const	Rn + 立即数 → Rd	ADD R6, R0, #0xF0
  ADD{S}<c> Rd, Rn, Rm{, <shift>}	Rn + （Rm 移位后） → Rd	ADD R7, R0, R1, LSL #1（R0+2*R1）

• 注意：无ADD Rd, #a, #b格式（C 语言a+b在编译阶段计算，无需机器指令）

（2）SUB 指令（减法）

• 功能：两个操作数相减，结果存入目标寄存器（类似 C 语言-）

• 指令格式（与 ADD 类似）：

  • SUB{S}<c> Rd, Rn, #const（Rn - 立即数 → Rd）
  • SUB{S}<c> Rd, Rn, Rm{, <shift>}（Rn - 移位后的 Rm → Rd）

• 关键补充：

  什么是立即数？

  立即数是直接嵌入在指令中的常数，无需从内存、寄存器中读取，CPU 可直接用该常数参与运算，它的核心特点是 “指令自带数据”，能减少内存访问次数，提升指令执行效率。

  12 位立即数规则

  • 判断标准：一个数展开为 32 位二进制后，存在偶数位循环右移，使移位后高 24 位全 0，低 8 位为有效imm8（循环移位次数2N，N=0~15 -> 2N = 0~30）
  • 原因：ARM 指令为 32 位，立即数由4位循环移位量（N）+8位imm8组成，共 12 位（即imm12）
  • eg：#0x80000000（二进制1000...0000）可通过imm8=0x80、循环移位2*15=30位得到，属于合法立即数；#0x101无法通过该规则得到，为非法立即数

（3）CMP 指令（比较）

• 功能：比较两个数（本质是SUB运算，但不保存结果，仅更新 CPSR 标志位）[通过做差得到的正负值来判断二者大小]
• 指令格式：CMP<c> Rn, #const / CMP<c> Rn, Rm{, <shift>}
• 等价关系：CMP R0, R1 ≡ SUBS R0, R1（S表示更新标志位）
• 用途：配合条件跳转指令（如BLE、BGT）实现分支逻辑

用subs实现指令比较（cmp作用）流程图

条件判断标志NZCV
        CPSR寄存器中条件判断标志位
        N: 符号标志位:上条指令执行结果最高位bit31为1,则 N = 1, 当结果作为有符号解释时为负值；
        Z: 零值标志位:上条指令执行结果为0（即bit0 - bit31 均为0)，则 Z = 1；
        C: 进位标志位：进行无符号解读，如果在加法过程中进位或者减法时没有借位，则为 C = 1,否则 C = 0
        V: 溢出标志位：进行有符号解读，是否发生溢出 -2^31 - 2^31-1(两个正数加得负数，两个负数加得正数)
        条件码：eq ge gt le lt al(无条件执行)
        equal:等于
        not equal：不等于

3. 位操作指令（BIC/ORR）

（1）BIC 指令（指定位清0）

• 功能：将 Rn 的指定位清 0（按 Rm / 立即数的位掩码），结果存入 Rd（类似 C 语言Rn & ~mask）
• 指令格式：BIC{S}<c> Rd, Rn, #const / BIC{S}<c> Rd, Rn, Rm{, <shift>}
• eg：

  MOV R0, #0xFFFFFFFF  ; R0=全1
  MOV R1, #1
  BIC R2, R0, R1, LSL #31  ; R0的bit31清0 → R2=0x7FFFFFFF
  

（2）ORR 指令（指定位置1）

• 功能：将 Rn 的指定位置 1（按 Rm / 立即数的位掩码），结果存入 Rd（类似 C 语言Rn | mask）
• 指令格式：ORR{S}<c> Rd, Rn, #const / ORR{S}<c> Rd, Rn, Rm{, <shift>}
• eg：

  MOV R0, #0x00        ; R0=全0
  MOV R1, #1
  ORR R8, R0, R1, LSL #31  ; R0的bit31置1 → R8=0x80000000
  

4. 内存访问指令（LDR）

LDR 指令（加载）

• 功能：从内存地址读取数据到寄存器
• 核心格式：
  • 加载立即数地址：LDR Rd, =const（伪指令，将 32 位地址存入 Rd，解决MOV Rd, #const无法处理大地址的问题）
  • 加载标签地址：LDR Rd, <label>（将标签对应的内存地址值存入 Rd）
• eg：LDR SP, =0x40001000（初始化栈指针为0x40001000，MOV SP, #0x40001000会报错，因地址超 12 位立即数范围）

STR (存放指令)​​

​功能：​​ 将寄存器中的数据写入​（存储）到指定的内存地址中。

​核心格式：​​STR<c> <Rt>, <addressing_mode>

5. 跳转与函数调用指令（B/BL/BX）

• 等价关系：B fun ≡ LDR PC, =fun（PC 为程序计数器，指向当前执行指令地址 + 8）

6. 寄存器组操作指令（STMFD/LDMFD）

用于栈操作（保护 / 恢复现场），核心是多寄存器的批量存储 / 加载，基于 ARM 的 “满减栈”

• 栈类型说明

满栈：栈指针（SP）指向最后一个已使用的栈元素
减栈：入栈时 SP 先减 4（32 位寄存器），再存储数据；出栈时先读取数据，再 SP 加 4

• STMFD（批量存储 / 入栈）

格式：STMFD SP!, {Rlist}（!表示入栈后自动更新 SP）
功能：将Rlist（如R0-R12, LR）中的寄存器值依次入栈，保护现场
eg：STMFD SP!, {R0-R12, LR}（函数调用前保护主调函数的寄存器和返回地址）

• LDMFD（批量加载 / 出栈）

格式：LDMFD SP!, {Rlist}（!表示出栈后自动更新 SP）
功能：将栈中数据依次加载到Rlist，恢复现场
eg：LDMFD SP!, {R0-R12, PC}（函数返回前恢复寄存器，并将 LR 值写入 PC，实现返回）

7. 系统寄存器指令（MRS/MSR）

用于读写特殊功能寄存器（如 CPSR），核心用途是修改处理器工作模式

• MRS（读取系统寄存器）

格式：MRS Rd, SpecReg（SpecReg 为特殊寄存器，如 CPSR）
功能：将特殊寄存器的值读取到通用寄存器 Rd
eg：MRS R0, CPSR（读取当前程序状态寄存器 CPSR 到 R0）

• MSR（写入系统寄存器）

格式：MSR SpecReg, Rd / MSR SpecReg, #const
功能：将 Rd 或立即数的值写入特殊寄存器

切换到 User 模式）
MRS R0, CPSR       ; 读取CPSR
BIC R0, R0, #0x1FF ; 清除CPSR的M域（bit0-bit8，控制工作模式）
ORR R0, R0, #0x10  ; 设置M域为0x10（User模式）
MSR CPSR, R0       ; 写入CPSR，完成模式切换

核心指令总结​

指令类型​	​指令​	​功能​	​示例​	​补充说明​
​数据传送​	MOV/MVN	传送/取反数据	MOV R0, #8/ MVN R0, #0	MVN实现按位取反（~）
​算术运算​	ADD/SUB/CMP	加减法/比较	ADD R1, R0, #10/ CMP R0, R1	CMP通过减法更新标志位（N/Z/C/V）
​位操作​	BIC/ORR	位清除/置位	BIC R0, R0, #0xF/ ORR R0, R0, #0x1	BIC等价于 AND NOT
​内存访问​	LDR/STR	加载/存储数据	LDR R0, [R1]/ STR R0, [R1]	LDR可加载立即数地址（伪指令）
​跳转调用​	B/BL/BX	跳转/函数调用/返回	BL func/ BX LR	BL自动保存返回地址到 LR
​寄存器组操作​	STMFD/LDMFD	批量存储/加载（栈操作）	STMFD SP!, {R0-R12, LR}	​满减栈​：SP先减后存（入栈）
			LDMFD SP!, {R0-R12, PC}	出栈时恢复 PC实现返回
​系统寄存器操作​	MRS/MSR	读写特殊寄存器（如CPSR）	MRS R0, CPSR	用于修改处理器模式或中断使能
			MSR CPSR_c, #0x10	0x10切换到 ​User模式

三、函数调用与参数传递

1. 循环实现（对应 C 语言循环结构）

循环三要素
        循环结束条件
        推动循环趋向终结的语句
        循环的循环体

（1）do-while 循环（先执行循环体，再判断条件）

C 语言原码：

int i = 0;
int sum = 0;
do {
    sum += i;
    i++;
} while (i <= 100);

汇编实现：

    MOV R0, #0            ; R0 = i = 0
    MOV R1, #0            ; R1 = sum = 0
loop
    ADD R1, R1, R0        ; sum += i
    ADD R0, R0, #1        ; i++
    CMP R0, #100          ; 比较i和100
    BLE loop              ; 若i<=100，跳回loop（BLE=Branch if Less than or Equal）

（2）while/for 循环（先判断条件，再执行循环体）

C 语言原码

int i = 0;
int sum = 0;
while (i <= 100) {
    sum += i;
    i++;
}

汇编实现：

    MOV R0, #0               ; R0 = i = 0
    MOV R1, #0               ; R1 = sum = 0
loop
    CMP R0, #100             ; 先判断i<=100？
    BGT finish               ; 若i>100，跳至finish（BGT=Branch if Greater Than）
    ADD R1, R1, R0           ; sum += i
    ADD R0, R0, #1           ; i++
    B loop                   ; 跳回loop继续判断
finish
    B finish                 ; 死循环（防止程序跑飞）

2. 函数定义与调用（含现场保护）

（1）函数调用核心问题

• 问题 1：被调函数修改主调函数的寄存器，导致数据丢失
• 问题 2：函数嵌套时，LR被覆盖，无法正确返回
• 解决方案：栈保护现场（入栈保存寄存器，出栈恢复）

（2）汇编函数调用（嵌套调用）

PRESERVE8               ; 栈8字节对齐，解决C函数调用报错
AREA func_demo, CODE, READONLY
ENTRY

main:
LDR SP, =0x40001000     ; 初始化栈指针（关键：必须先初始化栈）
STMFD SP!, {R0-R12, LR} ; 保护main的现场（寄存器+返回地址）
BL func0                ; 调用func0，LR保存main的返回地址
LDMFD SP!, {R0-R12, LR} ; 恢复main的现场
MOV R3, #300            ;

3. 函数调用与参数传递​

​参数传递规则​

​前4个参数​：通过 R0-R3传递。

​更多参数​：通过栈传递（从右向左压栈）。

​返回值​：32位通过 R0，64位通过 R0+R1。

​汇编调用C函数​

MOV R0, #10     ; 参数1
    MOV R1, #20     ; 参数2
    BL  c_func      ; 调用C函数

​C调用汇编函数​

extern int asm_func(int a, int b);  // 声明汇编函数
int result = asm_func(10, 20);      // 调用

​4. 栈保护与现场恢复​

​保护现场​（压栈）

STMFD SP!, {R0-R12, LR}  ; 保存寄存器及返回地址

恢复现场​（弹栈）

LDMFD SP!, {R0-R12, PC}  ; 恢复寄存器并返回（PC=LR）

5. 混合编程注意事项​

栈对齐​：使用 PRESERVE8确保8字节对齐。

寄存器保护​：被调函数需保护 R4-R11（若修改）。

指令集切换​：BX LR可自动切换ARM/Thumb模式。

异常处理​：软中断（SWI #7）需在异常向量表中定义处理逻辑。

四、IMX6ULL开发环境搭建

1.开发板介绍​

型号​：正点原子 IMX6ULL-Mini开发板

• ​核心配置​

​SOC​：NXP i.MX6ULL Cortex-A7单核处理器

主频：528MHz（工业级）/800MHz（商业级）

封装：467引脚 GBA

​内存​：512MB DDR3L RAM

​存储​：8GB eMMC（支持SD卡/NAND/eMMC启动）

​屏幕​：4.3寸（800×480分辨率）

• ​硬件结构​

​核心板​（6层板）：通过双列直插与底板连接

​底板外设​

        红色LED：用户可编程控制

        蓝色LED：电源指示灯（常亮）

        510Ω限流电阻：保护LED灯珠

2.开发工具安装与配置​

​1. 代码编辑器（Windows端）​​

工具​：Visual Studio Code

插件​：安装 Arm Assembly（支持汇编语法高亮）

​工程创建​：

创建目录：D:\IMX6ULL\led_asm  
创建文件：start.S（注意大写S后缀，支持预处理）

​2. 交叉编译器（Ubuntu端）​​

​安装步骤​

# 拷贝编译器到指定目录
sudo cp gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz /usr/local/arm/

# 解压并清理
cd /usr/local/arm
sudo tar xvf gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz
sudo rm gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz

​配置环境变量​

# 编辑.bashrc
vi ~/.bashrc
# 末尾添加：
export PATH=$PATH:/usr/local/arm/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf/bin/

# 生效配置
source ~/.bashrc
reboot  # 重启虚拟机

​验证安装​

arm-linux-gnueabihf-gcc -v  # 输出版本信息即成功

​3. FTP文件传输服务​

​Ubuntu端配置​：

# 安装vsftpd
sudo apt-get install vsftpd

# 修改配置
sudo vi /etc/vsftpd.conf
# 确保以下两项未注释：
local_enable=YES
write_enable=YES

# 重启服务
sudo /etc/init.d/vsftpd restart
sudo /etc/init.d/vsftpd status  # 确认状态正常

​Windows端安装FileZilla​

运行安装包：FileZilla_3.39.0_win64-setup_bundled.exe

勾选“创建桌面快捷方式”

​连接与文件上传​

​主机​：Ubuntu的IP（如192.168.71.134）

用户名​：可设置为Ubuntu的用户名（或自行设置）

​密码​：可设置为Ubuntu的密码（或自行设置）

​操作​：右侧窗口（本地）拖拽文件至左侧（远程）即可上传

​注意事项​

• ​编译器路径​：务必确认PATH配置正确，否则编译命令无法识别
• ​FTP权限​：确保Ubuntu用户目录有读写权限（通过write_enable=YES开启）
• ​网络连通​：Windows与Ubuntu需在同一局域网，IP地址根据实际修改