02-ARM汇编基础.md 17 KB
title: ARM汇编基础 tags: [ARM, 汇编, 嵌入式Linux, IMX6ULL, STM32, RK3568] created: 2026-09-17 updated: 2026-09-17
pdf_ref: "正点原子 I.MX6U嵌入式Linux驱动开发指南V2.0.1 第七章 ARM汇编基础"
ARM汇编基础
前置知识: [[01-Cortex-A7架构详解]] | [[STM32学习笔记/01-STM32开发环境搭建]]
一、ARM指令集概述
1.1 ARM指令集 vs Thumb指令集
| 特性 | ARM指令集 | Thumb指令集 | Thumb-2指令集 |
|---|---|---|---|
| 指令宽度 | 32位 | 16位 | 16/32位混合 |
| 寄存器访问 | 全部R0-R15 | 低寄存器R0-R7 | 全部R0-R15 |
| 条件执行 | 所有指令 | 仅部分指令 | 所有指令 |
| 性能 | 最高 | 较低 | 接近ARM |
| 代码密度 | 低 | 高 | 高 |
| 典型应用 | 启动代码、关键路径 | 低功耗应用 | 通用嵌入式 |
1.2 指令格式
ARM 32位指令格式：
| 31-28 | 27-25 | 24-21 | 20 | 19-16 | 15-12 | 11-0 |
|-------|-------|-------|----|-------|-------|------|
| cond | 001 | opcode| S | Rn | Rd | Operand2 |
- cond: 条件码（4位）
- opcode: 操作码（4位）
- S: 状态标志更新（1位）
- Rn: 第一源寄存器（4位）
- Rd: 目标寄存器（4位）
- Operand2: 第二操作数（12位）
1.3 寻址模式
| 寻址模式 | 语法 | 示例 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 立即数寻址 | #immediate | MOV R0, #0x10 |
立即数在指令中 |
| 寄存器寻址 | Rm | ADD R0, R1, R2 |
操作数在寄存器 |
| 寄存器间接寻址 | [Rm] | LDR R0, [R1] |
地址在寄存器 |
| 基址变址寻址 | [Rn, #offset] | LDR R0, [R1, #4] |
基址+偏移 |
| 前索引寻址 | [Rn, #offset]! | LDR R0, [R1, #4]! |
先更新基址 |
| 后索引寻址 | [Rn], #offset | LDR R0, [R1], #4 |
先访问后更新 |
| 相对寻址 | label | B loop |
PC相对跳转 |
二、数据处理指令
2.1 数据传输指令
MOV R0, #10 @ R0 = 10
MOV R1, R2 @ R1 = R2
MOV R0, R1, LSL #2 @ R0 = R1 << 2（左移2位）
MVN R0, #0 @ R0 = 0xFFFFFFFF (-1)
MVN R1, #0xFF @ R1 = 0xFFFFFF00
2.2 算术指令
ADD R0, R1, R2 @ R0 = R1 + R2
ADD R0, R1, #10 @ R0 = R1 + 10
ADC R0, R1, R2 @ R0 = R1 + R2 + C（带进位加法）
SUB R0, R1, R2 @ R0 = R1 - R2
SBC R0, R1, R2 @ R0 = R1 - R2 - !C（带借位减法）
2.3 逻辑指令
AND R0, R1, #0xFF @ R0 = R1 & 0xFF（按位与）
ORR R0, R1, #0xFF @ R0 = R1 | 0xFF（按位或）
EOR R0, R1, #0xFF @ R0 = R1 ^ 0xFF（按位异或）
BIC R0, R1, #0xFF @ R0 = R1 & ~0xFF（位清除）
2.4 比较指令
CMP R0, R1 @ 更新标志位：R0 - R1
CMN R0, R1 @ 更新标志位：R0 + R1（负数比较）
TST R0, #0xFF @ 更新标志位：R0 & 0xFF（位测试）
TEQ R0, R1 @ 更新标志位：R0 ^ R1（等值测试）
2.5 乘法指令
MUL R0, R1, R2 @ R0 = R1 * R2
MLA R0, R1, R2, R3 @ R0 = R1 * R2 + R3（乘加）
三、Load/Store指令
3.1 单寄存器传输
LDR R0, [R1] @ R0 = *R1
LDR R0, [R1, #4] @ R0 = *(R1+4)
LDR R0, [R1, #4]! @ 先更新R1=R1+4，再R0=*R1（前索引）
LDR R0, [R1], #4 @ 先R0=*R1，再更新R1=R1+4（后索引）
LDR R0, =0x0209C000 @ 伪指令：加载32位地址
STR R0, [R1] @ *R1 = R0
STR R0, [R1, #4] @ *(R1+4) = R0
LDRB R0, [R1] @ R0 = *(uint8_t*)R1（字节加载）
LDRH R0, [R1] @ R0 = *(uint16_t*)R1（半字加载）
3.2 批量寄存器传输
LDM R0, {R1, R2, R3} @ R1=*R0, R2=*(R0+4), R3=*(R0+8)
STM R0, {R1, R2, R3} @ *R0=R1, *(R0+4)=R2, *(R0+8)=R3
LDM R0!, {R1-R3} @ 先加载，然后R0=R0+12
3.3 堆栈操作
PUSH {R0-R3, LR} @ 压栈（满递减FD）：STMDB SP!, {R0-R3, LR}
POP {R0-R3, PC} @ 出栈：LDMIA SP!, {R0-R3, PC}
3.4 批量传输寻址模式
| 后缀 | 模式 | 用途 |
|---|---|---|
| IA | 后递增 | 连续内存读取 |
| IB | 前递增 | 连续内存写入 |
| DA | 后递减 | 逆序内存读取 |
| DB | 前递减 | 堆栈压入 |
| FD | 满递减 | 堆栈操作（ARM常用） |
四、跳转指令
4.1 跳转指令详解
B loop @ 无条件跳转到loop
BNE loop @ 不等于时跳转（Z=0）
BEQ loop @ 等于时跳转（Z=1）
BL function @ 跳转并保存返回地址到LR（用于函数调用）
BX LR @ 返回（可能切换指令集）
BLX function @ 跳转、保存返回地址、可能切换指令集
4.2 条件码
| 条件码 | 助记符 | 含义 | 标志位 |
|---|---|---|---|
| 0000 | EQ | 相等 | Z=1 |
| 0001 | NE | 不相等 | Z=0 |
| 0010 | CS/HS | 无符号大于等于 | C=1 |
| 0011 | CC/LO | 无符号小于 | C=0 |
| 0100 | MI | 负数 | N=1 |
| 0101 | PL | 非负数 | N=0 |
| 1000 | HI | 无符号大于 | C=1且Z=0 |
| 1001 | LS | 无符号小于等于 | C=0或Z=1 |
| 1010 | GE | 有符号大于等于 | N=V |
| 1011 | LT | 有符号小于 | N≠V |
| 1100 | GT | 有符号大于 | Z=0且N=V |
| 1101 | LE | 有符号小于等于 | Z=1或N≠V |
| 1110 | AL | 总是执行 | - |
4.3 条件执行示例
CMP R0, #0
BNE not_zero
MOV R0, #1 @ R0=0时执行
not_zero:
@ ARM特有：条件执行
CMP R0, #10
MOVEQ R1, #0 @ R0==10时执行
MOVNE R1, #1 @ R0!=10时执行
五、伪指令
5.1 数据定义伪指令
.word 0x12345678 @ 定义32位数据
.hword 0x1234 @ 定义16位数据
.byte 0x12 @ 定义8位数据
.asciz "Hello" @ 定义字符串（带\0结束符）
5.2 符号定义伪指令
.equ GPIO1_BASE, 0x0209C000 @ 定义常量（推荐）
.set GPIO1_BASE, 0x0209C000 @ 等同于.equ
5.3 段控制伪指令
.text @ 代码段
.data @ 已初始化数据段
.bss @ 未初始化数据段
.rodata @ 只读数据段
5.4 符号可见性伪指令
.global _start @ 全局符号（类似C的extern）
.weak weak_func @ 弱符号（可被覆盖）
5.5 对齐伪指令
.align 4 @ 4字节对齐
.balign 4 @ 4字节对齐（填充NOP）
5.6 宏定义伪指令
.macro SET_GDIR reg, bit
LDR \reg, =0X0209C004
LDR r1, =\bit
STR r1, [\reg]
.endm
SET_GDIR r0, 0x8 @ 使用宏
六、GNU汇编语法
6.1 文件结构
@ 文件头注释
.syntax unified @ 统一语法（ARM/Thumb通用）
.cpu cortex-a7 @ 指定CPU
.text @ 代码段
.align 2 @ 4字节对齐
.global _start @ 入口点声明
_start: @ 程序入口
@ 代码...
6.2 注释语法
@ 单行注释（推荐）
// C风格单行注释（也支持）
/* 多行注释 C风格 */
6.3 标签语法
loop: @ 标签定义
B loop @ 跳转到标签
function: @ 函数标签
PUSH {LR} @ 保存返回地址
POP {PC} @ 返回
6.4 常量表示
MOV R0, #255 @ 十进制
MOV R0, #0xFF @ 十六进制
MOV R0, #0b11111111 @ 二进制
MOV R0, #0377 @ 八进制
MOV R0, #'A' @ 字符常量
七、完整示例分析
7.1 LED灯汇编驱动
@ LED灯汇编驱动 - IMX6ULL
@ 功能：点亮GPIO1_IO03连接的LED
@ 文件：led.s
.global _start
_start:
@ ========================================
@ 步骤1：使能GPIO1时钟
@ ========================================
LDR R0, =0X020C4068 @ CCGR0寄存器地址
LDR R1, =0XFFFFFFFF @ 所有时钟使能
STR R1, [R0] @ 写入CCGR0
LDR R0, =0X020C406C @ CCGR1寄存器地址
STR R1, [R0] @ 写入CCGR1
LDR R0, =0X020C4070 @ CCGR2寄存器地址
STR R1, [R0] @ 写入CCGR2
LDR R0, =0X020C4074 @ CCGR3寄存器地址
STR R1, [R0] @ 写入CCGR3
LDR R0, =0X020C4078 @ CCGR4寄存器地址
STR R1, [R0] @ 写入CCGR4
LDR R0, =0X020C407C @ CCGR5寄存器地址
STR R1, [R0] @ 写入CCGR5
LDR R0, =0X020C4080 @ CCGR6寄存器地址
STR R1, [R0] @ 写入CCGR6
@ ========================================
@ 步骤2：设置GPIO1_IO03复用为GPIO1_IO03
@ ========================================
LDR R0, =0X020E0068 @ SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE
LDR R1, =0X5 @ MUX_MODE = 5 (GPIO模式)
STR R1, [R0] @ 写入复用寄存器
@ ========================================
@ 步骤3：设置GPIO1_IO03的IO属性
@ ========================================
@ bit 16:0 HYS关闭
@ bit [15:14]: 00 默认速率
@ bit [13]: 0 keeper使能
@ bit [12]: 1 pull/keeper使能
@ bit [11]: 0 关闭开路输出
@ bit [7:6]: 10 速度100Mhz
@ bit [5:3]: 110 R0/6驱动能力
@ bit [0]: 0 低转换率
LDR R0, =0X020E02F4 @ SW_PAD_GPIO1_IO03_BASE
LDR R1, =0X10B0 @ IO属性值
STR R1, [R0] @ 写入属性寄存器
@ ========================================
@ 步骤4：设置GPIO1_IO03为输出
@ ========================================
LDR R0, =0X0209C004 @ GPIO1_GDIR寄存器
LDR R1, =0X00000008 @ bit3=1, 输出模式
STR R1, [R0] @ 写入方向寄存器
@ ========================================
@ 步骤5：点亮LED0 - 设置GPIO1_IO03输出低电平
@ ========================================
LDR R0, =0X0209C000 @ GPIO1_DR寄存器
LDR R1, =0 @ 输出低电平
STR R1, [R0] @ 写入数据寄存器
loop:
B loop @ 死循环，保持LED亮
7.2 代码逐行解释
| 行号 | 指令 | 说明 |
|---|---|---|
| 1 | LDR R0, =0X020C4068 |
伪指令，将CCGR0地址加载到R0 |
| 2 | LDR R1, =0XFFFFFFFF |
伪指令，将0xFFFFFFFF加载到R1 |
| 3 | STR R1, [R0] |
将R1的值存储到R0指向的地址 |
| 4 | LDR R0, =0X020E0068 |
加载GPIO复用寄存器地址 |
| 5 | LDR R1, =0X5 |
GPIO模式值5 |
| 6 | STR R1, [R0] |
配置GPIO复用功能 |
| 7 | LDR R0, =0X020E02F4 |
加载IO属性寄存器地址 |
| 8 | LDR R1, =0X10B0 |
IO属性配置值 |
| 9 | STR R1, [R0] |
配置IO属性 |
| 10 | LDR R0, =0X0209C004 |
加载GPIO方向寄存器地址 |
| 11 | LDR R1, =0X00000008 |
设置bit3为输出 |
| 12 | STR R1, [R0] |
配置GPIO为输出模式 |
| 13 | LDR R0, =0X0209C000 |
加载GPIO数据寄存器地址 |
| 14 | LDR R1, =0 |
输出低电平值 |
| 15 | STR R1, [R0] |
输出低电平，点亮LED |
| 16 | B loop |
无限循环，保持状态 |
7.3 链接脚本
/* 链接脚本 - imx6ul.lds */
SECTIONS {
. = 0x87800000; /* DDR起始地址 */
.text : {
*(.text) /* 代码段 */
}
.rodata : {
*(.rodata*) /* 只读数据段 */
}
.data : {
*(.data) /* 已初始化数据段 */
}
__bss_start = .;
.bss : {
*(.bss) /* 未初始化数据段 */
*(COMMON) /* 通用符号 */
}
__bss_end = .;
}
八、跨平台对比
8.1 IMX6ULL vs STM32 vs RK3568
| 特性 | IMX6ULL | STM32F4 | RK3568 |
|---|---|---|---|
| 内核 | Cortex-A7 | Cortex-M4 | Cortex-A55 |
| 汇编语法 | GNU汇编 | ARM汇编 | GNU汇编 |
| 启动文件 | start.S | startup_stm32f4xx.s | start.S |
| 时钟使能 | 手动写CCGR寄存器 | HAL_RCC_GPIOx_CLK_ENABLE() | 手动写CRU寄存器 |
| GPIO配置 | 手动写IOMUXC+GPIO寄存器 | HAL_GPIO_Init() | 手动写PMU+GPIO寄存器 |
| 延迟实现 | 简单循环延迟 | HAL_Delay() | 简单循环延迟 |
| 代码效率 | 中等 | 高 | 高 |
| 开发难度 | 高 | 中 | 高 |
8.2 汇编语法差异
@ IMX6ULL (GNU汇编)
.syntax unified
.cpu cortex-a7
ldr r0, =0x0209C000
str r1, [r0]
@ STM32 (ARM汇编)
AREA |.text|, CODE, READONLY
THUMB
LDR R0, =0x40020000
STR R1, [R0]
@ RK3568 (GNU汇编)
.syntax unified
.cpu cortex-a55
ldr x0, =0xFF720000
str w1, [x0]
8.3 寄存器差异
| 寄存器 | IMX6ULL | STM32F4 | RK3568 |
|---|---|---|---|
| GPIO数据 | GPIOx_DR | GPIOx_ODR | GPIOx_DR |
| GPIO方向 | GPIOx_GDIR | GPIOx_MODER | GPIOx_DDR |
| GPIO输入 | GPIOx_DR | GPIOx_IDR | GPIOx_EXT_PORT |
| 时钟控制 | CCM_CCGRx | RCC_AHB1ENR | CRU_CLKGATE_CON |
九、面试精选
题目1：ARM汇编中，LDR伪指令和LDR指令有什么区别？
答案：
LDR指令：真正的加载指令，从内存中读取数据
LDR R0, [R1] @ 从R1指向的内存地址加载数据LDR伪指令：用于加载32位常量或地址
LDR R0, =0x12345678 @ 加载32位立即数 LDR R0, =_start @ 加载标号地址区别：
- LDR指令的立即数范围有限（8位循环右移），LDR伪指令可以加载任意32位值
- LDR伪指令会被汇编器转换为LDR指令+常量池
- LDR伪指令更灵活，但会占用常量池空间
题目2：ARM汇编中，PUSH和STM指令有什么关系？
答案：
- PUSH是STM的封装，等同于
STMDB SP!, {reg_list} - STM有多种寻址模式，PUSH固定使用前递减满堆栈
示例：
PUSH {R0-R3, LR} @ 等同于 STMDB SP!, {R0-R3, LR} STMDB SP!, {R0-R3, LR} @ 直接使用STM指令堆栈模型：
- 满递减（FD）：ARM默认使用
- 满递增（FA）：某些架构使用
- 空递减（ED）：x86使用
- 空递增（EA）：较少使用
题目3：如何在ARM汇编中实现条件执行？有什么优势？
答案：
- 条件执行：ARM指令集的条件码（cond域）可以条件执行任何指令
- 优势：
- 减少分支跳转，提高流水线效率
- 减少代码尺寸
- 简化编译器生成代码
示例：
@ 传统方式 CMP R0, #0 BEQ zero_case MOV R1, #1 B end zero_case: MOV R1, #0 end: @ 条件执行（更简洁） CMP R0, #0 MOVEQ R1, #0 MOVNE R1, #1
题目4：ARM汇编中，什么是位置无关代码？如何实现？
答案：
- 位置无关代码（PIC）：代码可以在内存中任意位置运行，无需修改
- 实现方法：
- 使用PC相对寻址
- 避免使用绝对地址
- 使用ADRL或LDR PC相对指令
示例：
@ 位置相关代码（不推荐） LDR R0, =_start @ 加载绝对地址 @ 位置无关代码（推荐） ADRL R0, _start @ 加载相对地址 LDR R0, [PC, #offset] @ PC相对加载应用场景：
- Bootloader
- 内核启动代码
- 动态链接库
题目5：如何在ARM汇编中实现一个简单的函数调用？
答案：
- 函数调用：使用BL指令跳转并保存返回地址
函数实现：
@ 函数定义 my_function: PUSH {LR} @ 保存返回地址 PUSH {R4-R7} @ 保存 callee-saved 寄存器 @ 函数体 MOV R0, #1 @ 返回值 POP {R4-R7} @ 恢复寄存器 POP {PC} @ 返回 @ 函数调用 BL my_function @ 调用函数 MOV R1, R0 @ 使用返回值调用约定：
- R0-R3：参数和返回值
- R4-R11：callee-saved寄存器
- R12：IP，过程间调用暂存
- R13：SP，栈指针
- R14：LR，链接寄存器
- R15：PC，程序计数器
相关知识: [[01-Cortex-A7架构详解]] | [[03-时钟与电源管理]] | [[04-GPIO与中断系统]]
参考来源: 正点原子 I.MX6U嵌入式Linux驱动开发指南V2.0.1 最后更新: 2026-09-17