怎么从0学ARM汇编伪指令LDS
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摘要: 一、MDK和/GNU伪指令区别我们在学习汇编代码的时候经过会看到以下两种风格的代码:gnu代码开头是:.global_start_start:@汇编入口ldrsp,=0x41000000.end@汇编程序结束MDK代码开头是:AREAExample,CODE,READONLY;声明代码段ExampleENTRY;程序入口StartMOVR0,#0OVEREND这... ...
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(为您整理了一些要点),点击可以直达。一、MDK和/GNU伪指令区别
我们在学习汇编代码的时候经过会看到以下两种风格的代码:
gnu代码开头是:
.global_start_start:@汇编入口ldrsp,=0x41000000.end@汇编程序结束
MDK代码开头是:
AREAExample,CODE,READONLY;声明代码段ExampleENTRY;程序入口StartMOVR0,#0OVEREND
这两种风格的代码是要使用不同的编译器,我们之前的实例代码都是MDK风格的。
那么多对于我们初学者来说要学习哪种风格呢?答案是肯定的,学习GNU风格的汇编代码,因为做Linux驱动开发必须掌握的linux内核、uboot,而这两个软件就是GNU风格的。
为了大家不要把过多精力浪费在暂时没用的知识上,下面我们只讲GNU风格汇编。
二、GNU汇编书写格式:
1. 代码行中的注释符号:
‘@’ 整行注释符号: ‘#’ 语句分离符号:
直接操作数前缀: ‘#’ 或 ‘$’
2. 全局标号:
标号只能由a~z,A~Z,0~9,“.”,_等(由点、字母、数字、下划线等组成,除局部标号外,不能以数字开头)字符组成,标号的后面加“:”。
段内标号的地址值在汇编时确定;段外标号的地址值在连接时确定。
3. 局部标号:
局部标号主要在局部范围内使用而且局部标号可以重复出现。它由两部组成开头是一个0-99直接的数字局部标号 后面加“:”
F:指示编译器只向前搜索,代码行数增加的方向/代码的下一句B:指示编译器只向后搜索,代码行数减小的方向
注意局部标号的跳转,就近原则「举例:」
文件位置arch/arm/kernel/entry-armv.S
三、伪操作:
1. 符号定义伪指令
2. 数据定义(Data Definition)伪操作
数据定义伪操作一般用于为特定的数据分配存储单元,同时可完成已分配存储单元的初始化。常见的数据定义伪操作有如下几种:
【举例】
.word
val:.word0x11223344movr1,#val;将值0x11223344设置到寄存器r1中
.space
label:.spacesize,expr;expr可以是4字节以内的浮点数a:space8,0x1
.rept
.reptcnt;cnt是重复次数.endr
注意:
鸿蒙官方战略合作共建——HarmonyOS技术社区
变量的定义放在,stop后,.end前
标号是地址的助记符,标号不占存储空间。位置在end前就可以,相对随意。
3. if选择
语法结构
.iflogical-expressing…….else…….endif
类似c语言里的条件编译 。
【举例】
.ifval2==1movr1,#val2.endif
4. macro宏定义.
macro,.endm 宏定义类似c语言里的宏函数 。
macro伪操作可以将一段代码定义为一个整体,称为宏指令。然后就可以在程序中通过宏指令多次调用该段代码。
语法格式:
.macro{$label}名字{$parameter{,$parameter}…}……..code.endm
其中,$标号在宏指令被展开时,标号会被替换为用户定义的符号。
宏操作可以使用一个或多个参数,当宏操作被展开时,这些参数被相应的值替换。
「注意」:先定义后使用
举例:
「【例1】:没有参数的宏实现子函数返回」
.macroMOV_PC_LR
MOVPC,LR
.endm
调用方式如下:MOV_PC_LR
「【例2】:带参数宏实现子函数返回」
.macroMOV_PC_LR,parammovr1,\paramMOVPC,LR.endm
调用方法如下:
MOV_PC_LR#12
四、杂项伪操作
举例:.set
.setstart,0x40movr1,#start;r1里面是0x40
举例 .equ
.equstart,0x40movr1,#start;r1里面是0x40
#definePI3.1415
等价于
.equPI,31415
五、GNU伪指令
关键点:伪指令在编译时会转化为对应的ARM指令
1.ADR伪指令 :该指令把标签所在的地址加载到寄存器中。ADR伪指令为小范围地址读取伪指令,使用的相对偏移范围:当地址值是字节对齐 (8位) 时,取值范围为-255~255,当地址值是字对齐 (32位) 时,取值范围为-1020~1020。语法格式:
ADR{cond}register,labelRR0,lable
2.ADRL伪指令:将中等范围地址读取到寄存器中
ADRL伪指令为中等范围地址读取伪指令。使用相对偏移范围:当地址值是字节对齐时,取值范围为-64~64KB;当地址值是字对齐时,取值范围为-256~256KB
语法格式:
ADRL{cond}register,labelADRLR0,lable
3.LDR伪指令: LDR伪指令装载一个32位的常数和一个地址到寄存器。语法格式:
LDR{cond}register,=[expr|label-expr]LDRR0,=0XFFFF0000;movr1,#0x12对比一下
注意:(1)ldr伪指令和ldr指令区分 下面是ldr伪指令:
ldrr1,=val@r1=val是伪指令,将val标号地址赋给r1【与MDK不一样,MDK只支持ldrr1,=val】
下面是ldr指令:
ldrr2,val@r1=*val是arm指令,将标号val地址里的内容给r2val:.word0x11223344
(2)如何利用ldr伪指令实现长跳转
ldrpc,=32位地址
(3)编码中解决非立即数的问题 用arm伪指令ldr
ldrr0,=0x999;0x999不是立即数,
六、GNU汇编的编译
1. 不含lds文件的编译
假设我们有以下代码,包括1个main.c文件,1个start.s文件:start.s
.global_start_start:@汇编入口ldrsp,=0x41000000bmain.globalmystrcopy.textmystrcopy://参数dest->r0,src->r2LDRBr2,[r1],#1STRBr2,[r0],#1CMPr2,#0//判断是不是字符串尾BNEmystrcopyMOVpc,lrstop:bstop@死循环,防止跑飞等价于while(1).end@汇编程序结束
main.c
externvoidmystrcopy(char*d,constchar*s);intmain(void){constchar*src="yikoulinux";chardest[20]={};mystrcopy(dest,src);//调用汇编实现的mystrcopy函数while(1);return0;}
Makefile编写方法如下:
1.TARGET=start2.TARGETC=main3.all:4.arm-none-linux-gnueabi-gcc-O0-g-c-o$(TARGETC).o$(TARGETC).c5.arm-none-linux-gnueabi-gcc-O0-g-c-o$(TARGET).o$(TARGET).s6.#arm-none-linux-gnueabi-gcc-O0-g-S-o$(TARGETC).s$(TARGETC).c7.arm-none-linux-gnueabi-ld$(TARGETC).o$(TARGET).o-Ttext0x40008000-o$(TARGET).elf8.arm-none-linux-gnueabi-objcopy-Obinary-S$(TARGET).elf$(TARGET).bin9.clean:10.rm-rf*.o*.elf*.dis*.bin
Makefile含义如下:
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定义环境变量TARGET=start,start为汇编文件的文件名
定义环境变量TARGETC=main,main为c语言文件
目标:all,4~8行是该指令的指令语句
将main.c编译生成main.o,$(TARGETC)会被替换成main
将start.s编译生成start.o,$(TARGET)会被替换成start
4-5也可以用该行1条指令实现
通过ld命令将main.o、start.o链接生成start.elf,-Ttext 0x40008000表示设置代码段起始地址为0x40008000
通过objcopy将start.elf转换成start.bin文件,-O binary (或--out-target=binary) 输出为原始的二进制文件,-S (或 --strip-all)输出文件中不要重定位信息和符号信息,缩小了文件尺寸,
clean目标
clean目标的执行语句,删除编译产生的临时文件
【补充】
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gcc的代码优化级别,在 makefile 文件中的编译命令 4级 O0 -- O3 数字越大,优化程度越高。O3最大优化
volatile作用 volatile修饰的变量,编译器不再进行优化,每次都真正访问内存地址空间。
2. 依赖lds文件编译
实际的工程文件,段复杂程度远比我们这个要复杂的多,尤其Linux内核有几万个文件,段的分布及其复杂,所以这就需要我们借助lds文件来定义内存的分布。
文件列表
main.c和start.s和上一节一致。
map.lds
OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm","elf32-littlearm","elf32-littlearm")/*OUTPUT_FORMAT("elf32-arm","elf32-arm","elf32-arm")*/OUTPUT_ARCH(arm)ENTRY(_start)SECTIONS{.=0x40008000;.=ALIGN(4);.text:{.start.o(.text)*(.text)}.=ALIGN(4);.rodata:{*(.rodata)}.=ALIGN(4);.data:{*(.data)}.=ALIGN(4);.bss:{*(.bss)}}
解释一下上述的例子:
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OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm", "elf32-littlearm", "elf32-littlearm") 指定输出object档案预设的binary 文件格式。可以使用objdump -i列出支持的binary 文件格式;
OUTPUT_ARCH(arm) 指定输出的平台为arm,可以透过objdump -i查询支持平台;
ENTRY(_start) :将符号_start的值设置成入口地址;
. = 0x40008000: 把定位器符号置为0x40008000(若不指定, 则该符号的初始值为0);
.text : { .start.o(.text) *(.text) } :前者表示将start.o放到text段的第一个位置,后者表示将所有(*符号代表任意输入文件)输入文件的.text section合并成一个.text section;
.rodata : { *(.data) } : 将所有输入文件的.rodata section合并成一个.rodata section;
.data : { *(.data) } : 将所有输入文件的.data section合并成一个.data section;
.bss : { *(.bss) } : 将所有输入文件的.bss section合并成一个.bss section;该段通常存放全局未初始化变量
. = ALIGN(4);表示下面的段4字节对齐
连接器每读完一个section描述后, 将定位器符号的值增加该section的大小。
来看下,Makefile应该如何写:
#CORTEX-A9PERIDRIVERCODE#VERSION1.0#ATHUOR一口Linux#MODIFYDATE#2020.11.17Makefile#=================================================#CROSS_COMPILE=arm-none-linux-gnueabi-NAME=startCFLAGS=-mfloat-abi=softfp-mfpu=vfpv3-mabi=apcs-gnu-fno-builtin-fno-builtin-function-g-O0-cLD=$(CROSS_COMPILE)ldCC=$(CROSS_COMPILE)gccOBJCOPY=$(CROSS_COMPILE)objcopyOBJDUMP=$(CROSS_COMPILE)objdumpOBJS=start.omain.o#================================================#all:$(OBJS)$(LD)$(OBJS)-Tmap.lds-o$(NAME).elf$(OBJCOPY)-Obinary$(NAME).elf$(NAME).bin$(OBJDUMP)-D$(NAME).elf>$(NAME).dis%.o:%.S$(CC)$(CFLAGS)-c-o$@$<%.o:%.s$(CC)$(CFLAGS)-c-o$@$<%.o:%.c$(CC)$(CFLAGS)-c-o$@$<clean:rm-rf$(OBJS)*.elf*.bin*.dis*.o
编译结果如下:
编译结果
最终生成start.bin,改文件可以烧录到开发板测试,因为本例没有直观现象,后续文章我们加入其它功能再测试。
【注意】
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其中交叉编译工具链「arm-none-linux-gnueabi-」 要根据自己实际的平台来选择,本例是基于三星的exynos-4412工具链实现的。
地址0x40008000也不是随便选择的,
exynos4412 地址分布
读者可以根据自己手里的开发板对应的soc手册查找该地址。
linux内核的异常向量表
linux内核的内存分布也是依赖lds文件定义的,linux内核的编译我们暂不讨论,编译好之后会再以下位置生成对应的lds文件:
arch/arm/kernel/vmlinux.lds
我们看下该文件的部分内容:
vmlinux.lds
OUTPUT_ARCH(arm)制定对应的处理器;
ENTRY(stext)表示程序的入口是stext。
同时我们也可以看到linux内存的划分更加的复杂,后续我们讨论linux内核,再继续分析该文件。
3. elf文件和bin文件区别:
1) ELF
ELF文件格式是一个开放标准,各种UNIX系统的可执行文件都采用ELF格式,它有三种不同的类型:
可重定位的目标文件(Relocatable,或者Object File)
可执行文件(Executable)
共享库(Shared Object,或者Shared Library)
ELF格式提供了两种不同的视角,链接器把ELF文件看成是Section的集合,而加载器把ELF文件看成是Segment的集合。
2) bin
BIN文件是直接的二进制文件,内部没有地址标记。bin文件内部数据按照代码段或者数据段的物理空间地址来排列。一般用编程器烧写时从00开始,而如果下载运行,则下载到编译时的地址即可。
在Linux OS上,为了运行可执行文件,他们是遵循ELF格式的,通常gcc -o test test.c,生成的test文件就是ELF格式的,这样就可以运行了,执行elf文件,则内核会使用加载器来解析elf文件并执行。
在Embedded中,如果上电开始运行,没有OS系统,如果将ELF格式的文件烧写进去,包含一些ELF文件的符号表字符表之类的section,运行碰到这些,就会导致失败,如果用objcopy生成纯粹的二进制文件,去除掉符号表之类的section,只将代码段数据段保留下来,程序就可以一步一步运行。
elf文件里面包含了符号表等。BIN文件是将elf文件中的代码段,数据段,还有一些自定义的段抽取出来做成的一个内存的镜像。
并且elf文件中代码段数据段的位置并不是它实际的物理位置。他实际物理位置是在表中标记出来的。
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