GNU汇编器是GNU工具套件之一,其作用是把ARM汇编源代码转换成二进制对象文件。该汇编器的详细资料请参见GNU Assembler Manual，本文是该手册的摘要。
例子和模板文件
Examples 文件夹和他的子文件夹包含很多汇编语言程序例子,你可以学习它们。
Examples 有一个子文件是templates。在你开始写程序之前,强烈建议你使用那个文件夹提供的模板做为起点。特别的,template.s 文件应该在你所有的ARM程序中使用。在去除大部分该文件的注释后,内容如下:
.text ; 以下为可执行代码
_start: .global _start ; "_start" 是连接器所必须的
.global main ; "main" 是主程序
b main ; 跳转到主程序
main: ; "main" 程序入口
; 这里添加你自己的程序
mov pc,lr ; 返回
.end
调用汇编器
你可以使用arm-elf-as工具来编译任何ARM汇编代码，该工具的调用方式如下:
arm-elf-as -marm7tdmi --gdwarf2 -o filename.o filename.s
其中:
Filename 需要编译的文件。
-marm7tdmi 告诉GNU汇编器你的CPU内型是ARM7TDMI(ARMv4T 版本)。
--gdwarf2 让汇编器附带输出DEBUG信息
GNU Assembler Reference的第一章,第二章以及8.4节列出了其他选项。对于大的工程来说,必须按模块划分成多个源文件。每个源文件(后缀为.s)的编译方法和上面所示的单个文件的方法一样。
当你已经把源文件编译成二进制目标文件(后缀名.o)后,可以使用GNU链接器生成最终的可执行文件(后缀.elf),调用方式如下:
arm-elf-ld -o filename.elf filename.o
一次又一次的输入命令行将十分枯燥(尽管Unix Shell允许你使用方向键的向上键来显示上一次的命令),为了解决上述问题,你可以修改GNU提供的Makefile模板来达到你自己的目的(该模板的路径为:examples/templates/Makefile.template-asm)。一旦修改完该文件(并且重新命名该文件:Makefile),接下来所要做的就是输入命令:
Make
汇编语言语法
GNU汇编器支持多种架构的CPU而不仅仅是ARM。正因为如此,它的汇编语法和其他的ARM汇编器有细微的区别。GNU汇编器对于其支持的45种CPU架构采用相同的汇编语法。汇编源文件由声明(每行一个)组成,声明格式如下,声明的每个部分都是可选的。
label: instruction ; comment
label可以确定其所在位置的程序计数器(pc)值,然后你就可以使用它。例子:在分支或者load和store指令中的目标。一个标号可以由任何有效的字符和冒号组成,所谓有效的字符包含以下字符:字母A-Z,a-z,数字0-9,符号"_",".","$"。但是要注意的是标号不能以数字开头(更多信息请看GNU Assembler Reference的3.4和5.3节)。
Comment以";"开头,不管是什么内容。除了在字符串中出现的分号,系统将忽律整行。C语言风格的注释(/*……*/)也同样被支持,同样的你也可以使用"@"来代替分号";"。
Instruction区域是你的程序的主要组成:你可以使用任何你想用的ARM汇编语言指令。 同样包括所谓的伪指令或者汇编命令(用来告诉汇编器自己干某些特殊的事)。这些汇编命令将在下面做详细介绍。
汇编命令
所有的汇编命令都是以"."开头。这些命令在GNU Assembler Reference的第七章做了更加详细的介绍。下面所列出的这些命令(按字母排列)是在程序中最常用的。
.align
插入0到3个字节的0x00,,这样下一个位置将是4字节的整数倍。特别的,ARM微控制器总是按字(4字节)读取数据。下面的例子中,输出对象文件中将被插入8字节的内容,假设第一行代码的位置是4字节的整数倍。
.byte 0x55 ; 插入1个字节 0x55
.align ; 顺次插入3个字节: 0x00 0x00 0x00
.word 0xAA55EE11 ; 插入内容 0x11 0xEE 0x55 0xAA (小端模式)
顺便说一下,前缀0x表示这个数是个16进制数,这个文档后面的表达式部分将对此做详细介绍。这个汇编命令还可以带选项,不过这儿不做介绍。如果你想使用它们,建议你用.balign命令代替。更多信息请看GNU Assembler Reference的7.3。
.ascii "string" …
在对象文件中按照指定的方法插入数字字符串,该字符串末尾没有NUL字符。该命令一次可以插入多个字符串,字符串之间用","分隔。下面的例子在对象文件中插入3个字节长的字符串。
.ascii "JNZ" ; 插入3个字节: 0x4A 0x4E 0x5A
.asciz "string" …
和.ascii相似,只是生成的字符串以NUL(0x00)结尾。下面的例子在对象文件中插入4个字节长的字符串。
.ascii "JNZ" ; 插入4个字节: 0x4A 0x4E 0x5A 0x00
.byte expression …
在对象文件中插入一个字节,内容为expression的值。可以一次插入多个表达式,以","分隔。下面的例子中共向对象文件中插入了5个字节内容。
.byte 64, 'A' ; 插入2字节 0x40 0x41
.byte 0x42 ; 插入字节 0x42
.byte 0b1000011, 0104 ; 插入2字节 0x43 0x44
注意以0x和0X开头的数字表示该数字是十六进制,以0b和0B开头的数字表示该数字是二进制,以0开头的数字表示该数字是八进制。这个文档后面的表达式部分将对此做详细介绍,同时请看.hword 和 .word 汇编命令部分。
.data
选择该命令以下的内容位于最终可执行文件的数据段。所有的可执行程序至少包含两个段,.我们称之为.text和.data段。(缺一段)
技术上来讲,意味着只有可执行的代码才能出现在.text段(尽管只读恒量也同样适合),可读写的数据才能出现在.data段,不过对于GNU汇编器来说,这并不是强制的。GNU Assembler Reference的第四章将深入讨论这个主题。
.end
标记一个源代码文件的结尾。所有的在这个命令之后的内容将被汇编器忽略。这个命令完全可选,但强烈建议使用。
.equ symbol, expression
设置symbol的值为expression。这个汇编指令和.set,"="完全一样。下面的例子admas的值都是42:
.equ adams, (5 * 8) + 2
.set adams, 0x2A
adams = 0b00101010
.extern symbol
声明symbol的定义在其他源文件中。这个命令是可选的,因为汇编器对于任何未定义的标号都默认为是外部定义的。不过仍然建议使用。
.global symbol
声明symbol是全局可见的。标号_start是GNU链接器用来指定第一个要执行指令所必须的,同样的是全局可见的(并且只能出现在一个模块中)。
.hword expression …
.2byte expression …
在对象文件中插入半字(16位),内容为expression的值。可以同时插入多个,以","分隔。这个两个命令是一样的。下面的例子在对象文件中插入8个字节内容。
.hword 0xAA55, 12345 ; 插入4字节:0x55 0xAA 0x39 0x30
.2byte 0x55AA, -1 ; 插入4字节 0xAA 0x55 0xFF 0xFF
; 假设小端模式
注意ARM微控制器在16位地址边界上,一次总是读取16位数据,换句话说,它不能一次读取16位数据在一个奇数地址上。请参考.align命令寻找解决办法。同时参考.byte和.word命令。
.include "filename"
在当前源文件中插入filename的内容。这和C语言的#include是同样的效果,所以通过这个命令也可以包含定义变量的头文件。顺便提一下,注意被包含文件中是否有.end:汇编器将忽略后面的所有的内容。
.ltorg
插入存储恒量的文字池。文字池是ARM汇编语言的伪指令 ldr = 和 adrl所使用。这个汇编指令用的很少,因为GNU汇编器会精确的计算出什么时候,什么地方放置文字池。尽管如此,有些场合该命令仍十分有用,比如说你想在一个特定地址放置你的代码。
.set symbol, expression
这个命令和.equ一样,选择哪个是个人的偏好,不过建议使用一致的命令。
.skip expression
在目标输出文件中跳过expression个字节。被跳过的字节的值是不可预计的,尽管它们一般被初始化为0。这个命令在声明有确定长度但没初始化值的变量特别有用。下面这个例子声明了三个变量,前两个已经初始化,最后一个(buffer)没有初始化。
head_ptr: .word 0 ; 初始化为0
tail_ptr: .word 0 ; 初始化为0
buffer: .skip 512 ; 512个字节未初始化
请参考 .ascii, .asciz, .byte, .hword and .word 等初始化值命令。
.text
选择该命令以下的内容位于最终可执行文件的text(代码)段。汇编程序指令必须放置在这个段。请参考.data命令的相对详细说明。
.word expression …
.4byte expression …
在对象文件中插入字(32位),内容为expression的值。可以同时插入多个,以","分隔。这个两个命令是一样的。下面的例子在对象文件中插入8个字节内容。
.word 0xDEADBEEF ; 插入字节: 0xEF 0xBE 0xAD 0xDE
.4byte -42 ; 插入字节 0xD6 0xFF 0xFF 0xFF
; 假设小端模式
注意ARM微控制器在32位地址边界上,一次总是读取32位数据,换句话说,它不能一次读取32位数据在一个最低两位不为0的地址上。请参考.align命令寻找解决办法。同时参考.byte和.hword命令。这些在其他处理器中不起眼的细节必须记住,在ARM术语中,字表示32位,而非16位。
Expressions(表达式)
许多ARM汇编指令甚至汇编命令需要不同类型的整数来做操作数,象"mov r0,#1",需要数字"1"。可以这么认为,一个表达式任何地方都可能会出现数字。
在最基本的层面上,一个表达式可以是一个简单的数字。这个数字可以表现为十进制(不带前缀),十六进制(0x或0X前缀),八进制(以0开头)或者二进制(0b或0B前缀)。它同样可以表现为字符常量,其形式为'a'或'a。下面例子中6行代码都向ro赋相同的值:74。
mov r0,#74 ; 十进制数 74
mov r0,#0x4A ; 十六进制数 0x4A (0X4A 和0x4a 是一样的)
mov r0,#0112 ; 八进制数 0112
mov r0,#0b1001010 ; 二进制数 0b1001010 (0B1001010 是一样的)
mov r0,#'J' ; 字符常量 "J" (首选语法)
mov r0,#'J ; 字符常量 "J" (备选语法)
当然,一个好的程序将用以下的方法来定义一个记号:
.set letter_J, 'J' ; 这是一个实际设计例子
mov r0, #letter_J
字符常量可以像C语言中那样包含无固定顺序的反斜杠,更多细节请参考GNU Assembler Reference的3.6节
除简单的整数外,表达式可以看起来像C语言中标准的数学和逻辑表达式一样,GNU Assembler Reference的第六章将详细描述这些方式。下面是一些例子:
.set ROM_size, 128 * 1024 ; 131072 字节 (128KB)
.set start_ROM, 0xE0000000
.set end_ROM, start_ROM + ROMsize ; 0xE0020000
.set bm1, 0b11001101 ; 二进制掩码 (十六进制: 0xCD)
.set val1, -2 * 4 + (45 / (5 << 2)) ; -6 (in two's complement)
.set val2, ROM_size >> 10 ; 128 (131072 右移 10位)
.set val3, bm1 | 0b11110000 ; bm1 OR 0b11110000 = 0b11111101
就像上面的例子一样,表达式同样可以包含已定义的标号。这样,表达式可以产生绝对的值和相对的的值,绝对值和它们在最终文件中的位置无关,是一个简单的数字常量。另一方面,相对值和一些地址(比如说.data的地址)有关,它们的最终位置取决于链接器生成最终可执行文件的时候,和汇编器无关。
相对值一般用于计算偏移,并且只能用"+"和"-"操作符。以下是例子:
.text
code_start:
XXX ; 汇编指令...
code_end:
.set instr_size, 4 ; 在ARM中指令都是4个字节长
.set code_length, code_end - code_start
.set first_instr, code_start
.set instr_11th, code_start + 10 * instr_size
.set instr_10th, instr_11th - instr_size
code_length标号被设置成一个绝对的值(code_end 和code_start的差值)。其他的标号,first_instr,instr_11th 和 instr_10th的值都取决于.text的值,它们真正的值只有在最终可执行文件生成时才能知道。
一般来说,以下规则适用于相对表达式:
相对值 + 绝对值 ->? 相对值
绝对值 + 相对值 ->? 相对值
相对值 – 绝对值 ->? 相对值
相对值 – 相对值 ->? 绝对值
所有其他包括相对值的表达式都是非法的(当然除了简单的标号自身的情况),请注意标号的相对计算只能基于在同一段的标号,比如说你不能得到一个位于.text段的标号和一个位于.data段标号之间的差值。
如果你需要,可以找到更多关于相对表达式的信息在GNU Assembler Reference的4.1节。