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一、实验目的
(1) 掌握建立基本完整的ARM 工程,包含启动代码,C语言程序等;
(2) 了解ARM启动过程,学会编写简单的C 语言程序和汇编启动代码并进行调试;
(3) 掌握如何指定代码入口地址与入口点;
(4) 掌握通过memory/register/watch/variable 窗口分析判断结果。
二、实验环境
硬件:PC机。
软件:ADS1.2 集成开发环境
三、实验内容
使用汇编语言编写初始化程序,并引导至C语言main函数,用汇编语言编写延时函数实现毫秒级的延时,在C语言中调用延时函数,实现1s钟定时。
四、实验要求
(1) 在ADS下创建一个工程armasmc,编写3个文件,如下图所示:
其中一个初始化汇编语言文件Init.s,该文件中主要完成异常矢量表的建立,模式堆栈初始化,并将程序引导至C语言的main函数。
C语言程序保存为armasmc.c。 C语言中调用汇编语言文件delay.s中的毫秒延时程序delayxms,C语言将延时的毫秒数通过参数传递到汇编语言,汇编语言完成延时,然后返回C语言函数。
通过AXD运用单步执行方式调试程序。观察程序执行过程中的寄存器及存储器的变化情况。
(2)实验过程中请记录并思考以下内容:
1)如何建立异常矢量入口表?
2)如何在汇编语言中切换至C语言的main函数?。
3)如何在C语言中调用汇编语言函数,并完成参数传递?
4)汇编语言函数中用到的寄存器如何保护与恢复,为什么要保护参考程序中的R11?
5)将delay.s中的R11改成R4,并将两条R11 的保护与恢复语句stmfd sp!,{r11} 和ldmfd sp!,{r11}删掉,在C语言程序中的语句i--处设置端点,观察运行过程中变量i的变化情况,并解释其中的原因。
五、实验情况:
1、实验源代码(含注释):
Init.s代码:
delay.s代码:
armasmc.c代码:
2、实验过程(含结果截图及相应文字解释):
1.如何建立异常矢量入口表?
答:建立异常矢量入口表需要设置中断类型号,并且要设置中断服务子程序段地址,以根据异常矢量表进入不同模式的中断程序。在实验程序中也有定义:
2.如何在汇编语言中切换至C语言的main函数?
答:由上代码可知,为保证程序调用时参数的正确传递,汇编程序设计要遵守ATPCS(ARM-Thumb Produce Call Standard),它是ARM程序和Thumb程序中子程序调用的基本规则,目的是为了使单独编译的C语言程序和汇编程序之间能够相互调用。这些基本规则包括子程序调用过程中寄存器的使用规则、数据栈的使用规则和参数的传递规则。在C程序中不需要任何关键字来声明将被汇编语言调用的C程序,但需要在汇编语言程序之前使用IMPORT伪操作来声明该C程序。在汇编程序中通过BL指令来调用子程序。同时,汇编程序可以通过地址间接访问在C语言程序中声明的全局变量。通过使用IMPORT关键词引入全局变量,并利用LDR和STR指令根据全局变量的地址可以访问它们。
3.如何在C语言中调用汇编语言函数,并完成参数传递?
答:为了保证程序调用时参数的正确传递,汇编程序设计要遵守ATPCS。在汇编程序中需要使用EXPORT伪操作来声明,同时,在C程序中调用该汇编程序之前需要在C语言程序中使用extern关键词来声明该汇编程序。
4.汇编语言函数中用到的寄存器如何保护与恢复,为什么要保护参考程序中的R11?
答:汇编语言函数中用到的寄存器通过压栈来保护,出栈来恢复。根据ATPCS规则,R11对应ARM 状态局部变量寄存器8,R11中含有循环次数的重要参量,因此要保护R11避免在程序运行与调用过程中受到影响而导致程序异常。
5.将delay.s中的R11改成R4,并将两条R11 的保护与恢复语句stmfd sp!,{r11} 和ldmfd sp!,{r11}删掉,在C语言程序中的语句i--处设置端点,观察运行过程中变量i的变化情况,并解释其中的原因。
修改程序如下:
答:由上可知R4对应局部变量寄存器1,即变量i,因此在子程序delay.s中,R4的值减为0,若不进行保护,则返回C程序后自减-1,导致变量i的值变为-1,此时将无法满足0的条件,也就无法执行if,导致i会一直递减下去,最终无法停止。
六、总结
本次有关汇编与C语言相互调用的部分,建立异常矢量入口表的方法,即需要设置中断类型号,并且要设置中断服务子程序段地址,以根据异常矢量表进入不同模式的中断程序。此外,还有ARM程序和Thumb程序中子程序调用的基本规则ATPCS(ARM-Thumb Produce Call Standard),目的是为了使单独编译的C语言程序和汇编程序之间能够相互调用。这些基本规则包括子程序调用过程中寄存器的使用规则、数据栈的使用规则和参数的传递规则,为调用提供了相关的规范。其中汇编程序访问全局C变量的方法是:汇编程序可以通过地址间接访问在C语言程序中声明的全局变量。通过使用IMPORT关键词引入全局变量,并利用LDR和STR指令根据全局变量的地址可以访问它们。在C语言程序中调用汇编程序的方法是:在汇编程序中需要使用EXPORT伪操作来声明,使得本程序可以被其它程序调用。同时,在C程序调用该汇编程序之前需要在C语言程序中使用extern关键词来声明该汇编程序。而在汇编程序中调用C语言程序的方法是:在C程序中不需要使用任何关键字来声明将被汇编语言调用的C程序,但是在汇编程序调用该C程序之前需要在汇编语言程序中使用IMPORT伪操作来声明该C程序。在汇编程序中通过BL指令来调用子程序。
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