零基礎(chǔ)學(xué)ARM：匯編偽指令、lds詳解

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《從0學(xué)arm合集》

一、MDK和GNU偽指令區(qū)別

我們?cè)趯W(xué)習(xí)匯編代碼的時(shí)候經(jīng)過(guò)會(huì)看到以下兩種風(fēng)格的代碼：

gnu代碼開(kāi)頭是：

．global ＿start
＿start： ＠匯編入口
ldr sp，＝0x41000000
．end ＠匯編程序結(jié)束

MDK代碼開(kāi)頭是：

AREA Example，CODE，READONLY ；聲明代碼段Example
ENTRY ；程序入口
Start
MOV R0，＃0
OVER
END

這兩種風(fēng)格的代碼是要使用不同的編譯器，我們之前的實(shí)例代碼都是MDK風(fēng)格的。

那么多對(duì)于我們初學(xué)者來(lái)說(shuō)要學(xué)習(xí)哪種風(fēng)格呢？答案是肯定的，學(xué)習(xí)GNU風(fēng)格的匯編代碼，因?yàn)樽?a href="http://srfitnesspt.com/v/tag/538/" target="_blank">Linux驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)必須掌握的linux內(nèi)核、uboot，而這兩個(gè)軟件就是GNU風(fēng)格的。

為了大家不要把過(guò)多精力浪費(fèi)在暫時(shí)沒(méi)用的知識(shí)上，下面我們只講GNU風(fēng)格匯編。

二、GNU匯編書(shū)寫(xiě)格式：1． 代碼行中的注釋符號(hào)：

‘＠’ 整行注釋符號(hào)：‘?！?語(yǔ)句分離符號(hào)：
直接操作數(shù)前綴： ‘?！?或 ‘＄’

2． 全局標(biāo)號(hào)：

標(biāo)號(hào)只能由a～z，A～Z，0～9，“．”，＿等（由點(diǎn)、字母、數(shù)字、下劃線(xiàn)等組成，除局部標(biāo)號(hào)外，不能以數(shù)字開(kāi)頭）字符組成，標(biāo)號(hào)的后面加“：”。

段內(nèi)標(biāo)號(hào)的地址值在匯編時(shí)確定；
段外標(biāo)號(hào)的地址值在連接時(shí)確定。
3． 局部標(biāo)號(hào)：

局部標(biāo)號(hào)主要在局部范圍內(nèi)使用而且局部標(biāo)號(hào)可以重復(fù)出現(xiàn)。它由兩部組成開(kāi)頭是一個(gè)0－99直接的數(shù)字局部標(biāo)號(hào) 后面加“：”

F：指示編譯器只向前搜索，代碼行數(shù)增加的方向 ／ 代碼的下一句
B：指示編譯器只向后搜索，代碼行數(shù)減小的方向

注意局部標(biāo)號(hào)的跳轉(zhuǎn)，就近原則「舉例：」

文件位置
arch／arm／kernel／entry－armv．S

三、偽操作

1． 符號(hào)定義偽指令標(biāo)號(hào)含義．global使得符號(hào)對(duì)連接器可見(jiàn)，變?yōu)閷?duì)整個(gè)工程可用的全局變量＿start匯編程序的缺省入口是＿ start標(biāo)號(hào)，用戶(hù)也可以在連接腳本文件中用ENTRY標(biāo)志指明其它入口點(diǎn)．．local表示符號(hào)對(duì)外部不可見(jiàn)，只對(duì)本文件可見(jiàn)2． 數(shù)據(jù)定義（Data Definition）偽操作

數(shù)據(jù)定義偽操作一般用于為特定的數(shù)據(jù)分配存儲(chǔ)單元，同時(shí)可完成已分配存儲(chǔ)單元的初始化。常見(jiàn)的數(shù)據(jù)定義偽操作有如下幾種：

標(biāo)號(hào)含義．byte單字節(jié)定義 0x12，‘a(chǎn)’，23 【必須偶數(shù)個(gè)】．short定義2字節(jié)數(shù)據(jù) 0x1234，65535．long ／．word定義4字節(jié)數(shù)據(jù) 0x12345678．quad定義8字節(jié) ．quad 0x1234567812345678．float定義浮點(diǎn)數(shù) ．float 0f3．2．string／．a(chǎn)sciz／．a(chǎn)scii定義字符串 ．a(chǎn)scii “abcd”， 注意：．a(chǎn)scii 偽操作定義的字符串需要每行添加結(jié)尾字符 ＇＇，其他不需要．space／．skip用于分配一塊連續(xù)的存儲(chǔ)區(qū)域并初始化為指定的值，如果后面的填充值省略不寫(xiě)則在后面填充為0；．rept重復(fù)執(zhí)行接下來(lái)的指令，以．rept開(kāi)始，以．endr結(jié)束

【舉例】

．word

val： ．word 0x11223344
mov r1，＃val ；將值0x11223344設(shè)置到寄存器r1中

．space

label： ．space size，expr ；expr可以是4字節(jié)以?xún)?nèi)的浮點(diǎn)數(shù)
a： space 8， 0x1

．rept

．rept cnt ；cnt是重復(fù)次數(shù)
．endr

注意：

變量的定義放在，stop后，．end前標(biāo)號(hào)是地址的助記符，標(biāo)號(hào)不占存儲(chǔ)空間。位置在end前就可以，相對(duì)隨意。3． if選擇

語(yǔ)法結(jié)構(gòu)

．if logical－expressing
……
．else
……
．endif

類(lèi)似c語(yǔ)言里的條件編譯 。

【舉例】

．if val2＝＝1
mov r1，＃val2
．endif
4． macro宏定義

．macro，．endm 宏定義類(lèi)似c語(yǔ)言里的宏函數(shù) 。

macro偽操作可以將一段代碼定義為一個(gè)整體，稱(chēng)為宏指令。然后就可以在程序中通過(guò)宏指令多次調(diào)用該段代碼。

語(yǔ)法格式：

．macro ｛＄label｝ 名字｛＄parameter｛，＄parameter｝…｝
……．．code
．endm

其中，＄標(biāo)號(hào)在宏指令被展開(kāi)時(shí)，標(biāo)號(hào)會(huì)被替換為用戶(hù)定義的符號(hào)。

宏操作可以使用一個(gè)或多個(gè)參數(shù)，當(dāng)宏操作被展開(kāi)時(shí)，這些參數(shù)被相應(yīng)的值替換。

「注意」：先定義后使用

舉例：

「【例1】：沒(méi)有參數(shù)的宏實(shí)現(xiàn)子函數(shù)返回」

．macro MOV＿PC＿LR
MOV PC，LR
．endm
調(diào)用方式如下：
MOV＿PC＿LR

「【例2】：帶參數(shù)宏實(shí)現(xiàn)子函數(shù)返回」

．macro MOV＿PC＿LR ，param
mov r1，param
MOV PC，LR
．endm

調(diào)用方法如下：

MOV＿PC＿LR ＃12

四、雜項(xiàng)偽操作

標(biāo)號(hào)含義．global／用來(lái)聲明一個(gè)全局的符號(hào)．a(chǎn)rm定義一下代碼使用ARM指令集編譯．thumb定義一下代碼使用Thumb指令集編譯．section．section expr 定義一個(gè)段。expr可以使．text ．data． ．bss．text．text ｛subsection｝ 將定義符開(kāi)始的代碼編譯到代碼段．data．data ｛subsection｝ 將定義符開(kāi)始的代碼編譯到數(shù)據(jù)段，初始化數(shù)據(jù)段．bss．bss ｛subsection｝ 將變量存放到．bss段，未初始化數(shù)據(jù)段．a(chǎn)lign．a(chǎn)lign｛alignment｝｛，fill｝｛，max｝ 通過(guò)用零或指定的數(shù)據(jù)進(jìn)行填充來(lái)使當(dāng)前位置與指定邊界對(duì)齊
．a(chǎn)lign 4 －－－ 16字節(jié)對(duì)齊 2的4次方
．a(chǎn)lign （4） －－－ 4字節(jié)對(duì)齊．org．org offset｛，expr｝ 指定從當(dāng)前地址加上offset開(kāi)始存放代碼，并且從當(dāng)前地址到當(dāng)前地址加上offset之間的內(nèi)存單元，用零或指定的數(shù)據(jù)進(jìn)行填充．extern用于聲明一個(gè)外部符號(hào)，用于兼容性其他匯編．code 32同．a(chǎn)rm．code 16同．thumb．weak用于聲明一個(gè)弱符號(hào)，如果這個(gè)符號(hào)沒(méi)有定義，編譯就忽略，而不會(huì)報(bào)錯(cuò)．end文件結(jié)束．include．include “filename” 包含指定的頭文件， 可以把一個(gè)匯編常量定義放在頭文件中．equ格式：．equ symbol， expression把某一個(gè)符號(hào)（symbol）定義成某一個(gè)值（expression）．該指令并不分配空間，類(lèi)似于c語(yǔ)言的 ＃define．set給一個(gè)全局變量或局部變量賦值，和．equ的功能一樣

舉例：．set

．set start， 0x40
mov r1， ＃start ；r1里面是0x40

舉例．equ

．equ start， 0x40
mov r1， ＃start ；r1里面是0x40
＃define PI 3．1415

等價(jià)于

．equ PI， 31415

五、GNU偽指令

關(guān)鍵點(diǎn)：偽指令在編譯時(shí)會(huì)轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的ARM指令

ADR偽指令 ：該指令把標(biāo)簽所在的地址加載到寄存器中。ADR偽指令為小范圍地址讀取偽指令，使用的相對(duì)偏移范圍：當(dāng)?shù)刂分凳亲止?jié)對(duì)齊 （8位） 時(shí)，取值范圍為－255～255，當(dāng)?shù)刂分凳亲謱?duì)齊 （32位） 時(shí)，取值范圍為－1020～1020。語(yǔ)法格式： ADR｛cond｝ register，label
ADR R0， lable
ADRL偽指令：將中等范圍地址讀取到寄存器中

ADRL偽指令為中等范圍地址讀取偽指令。使用相對(duì)偏移范圍：當(dāng)?shù)刂分凳亲止?jié)對(duì)齊時(shí)，取值范圍為－64～64KB；當(dāng)?shù)刂分凳亲謱?duì)齊時(shí)，取值范圍為－256～256KB

語(yǔ)法格式：

ADRL｛cond｝ register，label
ADRL R0，lable
LDR偽指令：LDR偽指令裝載一個(gè)32位的常數(shù)和一個(gè)地址到寄存器。語(yǔ)法格式：LDR｛cond｝ register，＝［expr｜label－expr］
LDR R0，＝0XFFFF0000 ；mov r1，＃0x12 對(duì)比一下

注意：（1）ldr偽指令和ldr指令區(qū)分下面是ldr偽指令：

ldr r1，＝val ＠ r1 ＝ val 是偽指令，將val標(biāo)號(hào)地址賦給r1
【與MDK不一樣，MDK只支持ldr r1，＝val】

下面是ldr指令：

ldr r2，val ＠ r1 ＝ ＊val 是arm指令，將標(biāo)號(hào)val地址里的內(nèi)容給r2
val： ．word 0x11223344

（2）如何利用ldr偽指令實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)跳轉(zhuǎn)

ldr pc，＝32位地址

（3）編碼中解決非立即數(shù)的問(wèn)題用arm偽指令ldr

ldr r0，＝0x999 ；0x999 不是立即數(shù)，

六、GNU匯編的編譯

1． 不含lds文件的編譯

假設(shè)我們有以下代碼，包括1個(gè)main．c文件，1個(gè)start．s文件：start．s

．global ＿start
＿start： ＠匯編入口
ldr sp，＝0x41000000
b main
．global mystrcopy
．text
mystrcopy： ／／參數(shù)dest－＞r0，src－＞r2
LDRB r2， ［r1］， ＃1
STRB r2， ［r0］， ＃1
CMP r2， ＃0 ／／判斷是不是字符串尾
BNE mystrcopy
MOV pc， lr
stop：
b stop ＠死循環(huán)，防止跑飛 等價(jià)于while（1）
．end ＠匯編程序結(jié)束

main．c

extern void mystrcopy（char ＊d，const char ＊s）；
int main（void）
｛
const char ＊src ＝＂yikoulinux＂；
char dest［20］＝｛｝；
mystrcopy（dest，src）；／／調(diào)用匯編實(shí)現(xiàn)的mystrcopy函數(shù)
while（1）；
return 0；
｝

Makefile編寫(xiě)方法如下：

1． TARGET＝start
2． TARGETC＝main
3． all：
4． arm－none－linux－gnueabi－gcc －O0 －g －c －o ＄（TARGETC）．o ＄（TARGETC）．c
5． arm－none－linux－gnueabi－gcc －O0 －g －c －o ＄（TARGET）．o ＄（TARGET）．s
6． ＃arm－none－linux－gnueabi－gcc －O0 －g －S －o ＄（TARGETC）．s ＄（TARGETC）．c
7． arm－none－linux－gnueabi－ld ＄（TARGETC）．o ＄（TARGET）．o －Ttext 0x40008000 －o ＄（TARGET）．elf
8． arm－none－linux－gnueabi－objcopy －O binary －S ＄（TARGET）．elf ＄（TARGET）．bin
9． clean：
10． rm －rf ＊．o ＊．elf ＊．dis ＊．bin

Makefile含義如下：

定義環(huán)境變量TARGET＝start，start為匯編文件的文件名定義環(huán)境變量TARGETC＝main，main為c語(yǔ)言文件目標(biāo)：all，4～8行是該指令的指令語(yǔ)句將main．c編譯生成main．o，＄（TARGETC）會(huì)被替換成main將start．s編譯生成start．o，＄（TARGET）會(huì)被替換成start4－5也可以用該行1條指令實(shí)現(xiàn)通過(guò)ld命令將main．o、start．o鏈接生成start．elf，－Ttext 0x40008000表示設(shè)置代碼段起始地址為0x40008000通過(guò)objcopy將start．elf轉(zhuǎn)換成start．bin文件，－O binary （或－－out－target＝binary） 輸出為原始的二進(jìn)制文件，－S （或 －－strip－all）輸出文件中不要重定位信息和符號(hào)信息，縮小了文件尺寸，clean目標(biāo)clean目標(biāo)的執(zhí)行語(yǔ)句，刪除編譯產(chǎn)生的臨時(shí)文件

【補(bǔ)充】

gcc的代碼優(yōu)化級(jí)別，在 makefile 文件中的編譯命令4級(jí) O0 －－ O3 數(shù)字越大，優(yōu)化程度越高。O3最大優(yōu)化volatile作用volatile修飾的變量，編譯器不再進(jìn)行優(yōu)化，每次都真正訪問(wèn)內(nèi)存地址空間。2． 依賴(lài)lds文件編譯

實(shí)際的工程文件，段復(fù)雜程度遠(yuǎn)比我們這個(gè)要復(fù)雜的多，尤其Linux內(nèi)核有幾萬(wàn)個(gè)文件，段的分布及其復(fù)雜，所以這就需要我們借助lds文件來(lái)定義內(nèi)存的分布。

文件列表

main．c和start．s和上一節(jié)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） ｝
｝

解釋一下上述的例子：

OUTPUT＿FORMAT（＂elf32－littlearm＂， ＂elf32－littlearm＂， ＂elf32－littlearm＂）指定輸出object檔案預(yù)設(shè)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） 指定輸出的平臺(tái)為arm，可以透過(guò)objdump －i查詢(xún)支持平臺(tái)；ENTRY（＿start） ：將符號(hào)＿start的值設(shè)置成入口地址；． ＝ 0x40008000： 把定位器符號(hào)置為0x40008000（若不指定， 則該符號(hào)的初始值為0）；．text ： ｛ ．start．o（．text） ＊（．text） ｝ ：前者表示將start．o放到text段的第一個(gè)位置，后者表示將所有（＊符號(hào)代表任意輸入文件）輸入文件的．text section合并成一個(gè)．text section；．rodata ： ｛ ＊（．data） ｝ ： 將所有輸入文件的．rodata section合并成一個(gè)．rodata section；．data ： ｛ ＊（．data） ｝ ： 將所有輸入文件的．data section合并成一個(gè)．data section；．bss ： ｛ ＊（．bss） ｝ ： 將所有輸入文件的．bss section合并成一個(gè)．bss section；該段通常存放全局未初始化變量． ＝ ALIGN（4）；表示下面的段4字節(jié)對(duì)齊

連接器每讀完一個(gè)section描述后， 將定位器符號(hào)的值增加該section的大小。

來(lái)看下，Makefile應(yīng)該如何寫(xiě)：

＃ CORTEX－A9 PERI DRIVER CODE
＃ VERSION 1．0
＃ ATHUOR 一口Linux
＃ MODIFY DATE
＃ 2020．11．17 Makefile
＃＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＃
CROSS＿COMPILE ＝ arm－none－linux－gnueabi－
NAME ＝start
CFLAGS＝－mfloat－abi＝softfp －mfpu＝vfpv3 －mabi＝apcs－gnu －fno－builtin －fno－builtin－function －g －O0 －c
LD ＝ ＄（CROSS＿COMPILE）ld
CC ＝ ＄（CROSS＿COMPILE）gcc
OBJCOPY ＝ ＄（CROSS＿COMPILE）objcopy
OBJDUMP ＝ ＄（CROSS＿COMPILE）objdump
OBJS＝start．o main．o
＃＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＃
all： ＄（OBJS）
＄（LD） ＄（OBJS） －T map．lds －o ＄（NAME）．elf
＄（OBJCOPY） －O binary ＄（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

編譯結(jié)果如下：

編譯結(jié)果

最終生成start．bin，改文件可以燒錄到開(kāi)發(fā)板測(cè)試，因?yàn)楸纠龥](méi)有直觀現(xiàn)象，后續(xù)文章我們加入其它功能再測(cè)試。

【注意】

其中交叉編譯工具鏈「arm－none－linux－gnueabi－」 要根據(jù)自己實(shí)際的平臺(tái)來(lái)選擇，本例是基于三星的exynos－4412工具鏈實(shí)現(xiàn)的。地址0x40008000也不是隨便選擇的，

exynos4412 地址分布

讀者可以根據(jù)自己手里的開(kāi)發(fā)板對(duì)應(yīng)的soc手冊(cè)查找該地址。

linux內(nèi)核的異常向量表

linux內(nèi)核的內(nèi)存分布也是依賴(lài)lds文件定義的，linux內(nèi)核的編譯我們暫不討論，編譯好之后會(huì)再以下位置生成對(duì)應(yīng)的lds文件：

arch／arm／kernel／vmlinux．lds

我們看下該文件的部分內(nèi)容：

vmlinux．ldsOUTPUT＿ARCH（arm）制定對(duì)應(yīng)的處理器；ENTRY（stext）表示程序的入口是stext。

同時(shí)我們也可以看到linux內(nèi)存的劃分更加的復(fù)雜，后續(xù)我們討論linux內(nèi)核，再繼續(xù)分析該文件。

3． elf文件和bin文件區(qū)別：1） ELF

ELF文件格式是一個(gè)開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)，各種UNIX系統(tǒng)的可執(zhí)行文件都采用ELF格式，它有三種不同的類(lèi)型：

可重定位的目標(biāo)文件（Relocatable，或者Object File）可執(zhí)行文件（Executable）共享庫(kù)（Shared Object，或者Shared Library）

ELF格式提供了兩種不同的視角，鏈接器把ELF文件看成是Section的集合，而加載器把ELF文件看成是Segment的集合。

2） bin

BIN文件是直接的二進(jìn)制文件，內(nèi)部沒(méi)有地址標(biāo)記。bin文件內(nèi)部數(shù)據(jù)按照代碼段或者數(shù)據(jù)段的物理空間地址來(lái)排列。一般用編程器燒寫(xiě)時(shí)從00開(kāi)始，而如果下載運(yùn)行，則下載到編譯時(shí)的地址即可。

在Linux OS上，為了運(yùn)行可執(zhí)行文件，他們是遵循ELF格式的，通常gcc －o test test．c，生成的test文件就是ELF格式的，這樣就可以運(yùn)行了，執(zhí)行elf文件，則內(nèi)核會(huì)使用加載器來(lái)解析elf文件并執(zhí)行。

在Embedded中，如果上電開(kāi)始運(yùn)行，沒(méi)有OS系統(tǒng)，如果將ELF格式的文件燒寫(xiě)進(jìn)去，包含一些ELF文件的符號(hào)表字符表之類(lèi)的section，運(yùn)行碰到這些，就會(huì)導(dǎo)致失敗，如果用objcopy生成純粹的二進(jìn)制文件，去除掉符號(hào)表之類(lèi)的section，只將代碼段數(shù)據(jù)段保留下來(lái)，程序就可以一步一步運(yùn)行。

elf文件里面包含了符號(hào)表等。BIN文件是將elf文件中的代碼段，數(shù)據(jù)段，還有一些自定義的段抽取出來(lái)做成的一個(gè)內(nèi)存的鏡像。

并且elf文件中代碼段數(shù)據(jù)段的位置并不是它實(shí)際的物理位置。他實(shí)際物理位置是在表中標(biāo)記出來(lái)的。