ARM实验一

实验一 ARM汇编指令基础及多字节加减法

一、实验目的

? 初步学会使用Embest IDE for ARM 开发环境及ARM软件模拟器； ? 通过实验掌握简单ARM汇编指令的使用方法。 二、实验原理

ARM处理器共有37个寄存器：

? 31个通用寄存器，包括程序计数器（PC）。这些寄存器都是32位。 ? 6个状态寄存器。这些寄存器也是32位，但只使用了其中的12位。

1. ARM通用寄存器

通用寄存器（R0～R15）可分为3类。 1) 不分组寄存器R0～R7

R0～R7是不分组寄存器。在所有处理器模式下，它们都能被访问。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

R8～R14是分组寄存器。被访问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模式以外的所有模式。R8～R12没有任何指定的特殊用途。只是使用R8～R12来简单地处理中断。寄存器R13和寄存器R14各有6个分组的物理寄存器，1个用于用户模式和系统模式，其他5个分别用于5种异常模式。R13通常用作堆栈指针，称作SP。每种异常模式都有自己的R13。R14用作子程序链接寄存器，也称作LR。

3) 程序计数器R15

寄存器R15用作程序计数器（PC）。

本实验中，ARM核工作在用户模式，R0～R15可用。 2. 存储器格式

ARM体系结构可以用两种方法存储字数据，分别称为大端格式和小端格式。 1) 大端格式

在这种格式中，字数据的高位字节存储在低地址中，而字数据的低位字节存 放在高地址中，如下所示：

高地址 31 23 22 16 15 8 7 0 字地址

8 9 10 11 8

4 5 6 7 4

0 1 2 3 0

低地址

2) 小端格式

在这种格式中，字数据的高位字节存储在高地址中，而字数据的低位字节存 放在低地址中，如下所示：

高地址 31 23 22 16 15 8 7 0 字地址

11 10 9 8 8

7 6 5 4 4

3 2 1 0 0

低地址

3. 算术逻辑运算

ARM处理器具有很强的算术逻辑运算功能，算术指令可以实现32位有符号数和无符

号数的加法和减法操作。其语法为：

{}{S} Rd，Rn，N

ADC ADD SBC SUB RSB RSC 32位带进位加法 32位加法 带借位的减法 32位减法 32位逆向减法 带借位的32位逆向减法 Rd＝Rn＋N＋carry Rd＝Rn＋N Rd＝Rn－N－！（carry flag） Rd＝Rn－N Rd＝N－Rn Rd＝N－Rn－！（carry flag） 注：N是桶形移位器操作的结果 从上表可以看出，ADD和SUB是最简单的加减运算。

ADC和SBC是带进位标志的加减运算，对于SBC，若进位标志为0，则结果减1。 RSB是反减，即用第2操作数减去源操作数，由于第2操作数可选的范围宽，故这条指令很有用。

RSC是带进位标志反减，若进位标志为0，则结果减1。 在ARM指令集中，通过设置S位（第20位），可以直接控制指令的执行是否影响条件码。当S位为0时，条件码不改变；当S位为1时（且Rd不是R15（PC）），条件码改变。 4．GNU基础知识

Embest IDE集成了GNU汇编器as、编译器gcc和链接器ld。因此，编写程序要符合GNU的语法和规则。这里简单介绍几点基本知识：

? 程序默认入口点为“_start”，代码段默认起始地址为0x8000 ? 常用伪操作符 1) .equ

为数字常量、基于寄存器的值和程序标号定义一个字符名称。 2) .global及.globl

声明一个符号可以被其他文件引用，相当于声明了一个全局变量。 3) .text

将操作符开始的代码编译到代码段或代码段子段（Subsection）。 4) .end

标记汇编文件的结束行。 三、实验内容

? 熟悉开发环境的使用并使用ldr/str，mov等指令访问寄存器或存储单元。 ? 使用add/sub/adc/sbc等指令，完成基本数学运算。 ? 完成两个128位无符号整数加法程序。

? 运行Embest IDE集成开发环境，将下面两段参考程序分别编辑输入，生成目标代

码，设置调试模块，下载目标代码到软件仿真器。

四、实验步骤

1. 打开memory窗口，观察地址0x8000与地址0x1000周围的内容。 2. 单步执行程序并观察和记录寄存器与memory的值变化。

3. 结合实验内容和相关资料，观察程序运行，通过实验加深理解ARM指令的使用。 五、实验参考程序

1. 实验参考程序一：

.equ x, 45 /* 定义变量x,并赋值为45*/ .equ y, 64 /* 定义变量y,并赋值为64*/

.equ stack_top, 0x1000 /* 定义栈顶0x1000*/ .global _start .text

_start: /*程序代码开始标志*/ MOV sp, #stack_top MOV r0, #x /* x的值放入R0 */ STR r0, [sp] /* R0的值保存到堆栈*/ MOV r0, #y /* y的值放入R0*/ LDR r1, [sp] /* 取堆栈中的数到R1*/ ADD r0, r0, r1 STR r0, [sp] stop:

B stop /*程序结束，进入死循环*/ .end

2. 实验参考程序二： .global _start .text .arm

_start: /*程序代码开始标志*/ MOV r0, #0x1 /* 对寄存器赋初值*/ MOV r1, #0x2 MOV r2, #0x3 MOV r3, #0x4 MOV r4, #0x100A MOV r5, #0x1000B MOV r6, #0x10000C MOV r7, #0x100000D

ADDS r0, r0, r4 /* 低32位相加并影响标志位*/ ADCS r1, r1, r5 /* 32位相加再加上进位值*/ ADCS r2, r2, r6 ADCS r3, r3, r7 stop:

B stop /*程序结束，进入死循环*/ .end

六、思考题：

完成两个128位无符号整数减法程序。