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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：
;************************ entry.s ****************************
IMPORT Main ;在汇编程序调用该c程序前要在汇编语言程序中使用IMPORT伪操作来声明该c程序
area Init,code,readonly ;定义CODE片段Init 只读
entry ;设置程序入口伪指令
code32 ;以下为32位的ARM程序
; *********** Setup interrupt/exception vector *******************
start b Reset_Handler ;异常矢量表，根据异常矢量表进入不同模式的中断程序
Undefined_Handler b Undefined_Handler
SWI_Handler b SWI_Handler
Prefetch_handler b Prefetch_handler
Abort_Handler b Abort_Handler
nop ;Reserved vector
IRQ_Handler b IRQ_Handler
FIQ_Handler b FIQ_Handler
Reset_Handler ;Reset中断，为整个中断的实际入口点
bl initstack ;初始化各模式下的堆栈指针
;切换至用户模式堆
msr cpsr_c,#0xd0 ;110 10000
bl Main
halt b halt
initstack mov r0,lr ;r0<--lr,因为各种模式下r0是相同的而各个模式?
;设置管理模式堆栈
msr cpsr_c,#0xd3 ;110 10011
ldr sp,stacksvc
;设置中断模式堆栈
msr cpsr_c,#0xd2 ;110 10010
ldr sp,stackirq
;设置快速中断模式堆栈
msr cpsr_c,#0xd1 ;110 10001
ldr sp,stackfiq
;设置中止模式堆栈
msr cpsr_c,#0xd7 ;110 10111
ldr sp,stackabt
;设置未定义模式堆栈
msr cpsr_c,#0xdb ;110 11011
ldr sp,stackund
;设置系统模式堆栈
msr cpsr_c,#0xdf ;110 11111
ldr sp,stackusr
mov pc,r0 ;返回
LTORG
stackusr dcd usrstackspace+128
stacksvc dcd svcstackspace+128
stackirq dcd irqstackspace+128
stackfiq dcd fiqstackspace+128
stackabt dcd abtstackspace+128
stackund dcd undstackspace+128
area Interrupt,data,READWRITE ;分配堆栈空间
usrstackspace space 128
svcstackspace space 128
irqstackspace space 128
fiqstackspace space 128
abtstackspace space 128
undstackspace space 128
end
delay.s代码：
;************************* delay.s *****************************
EXPORT delayxms ；EXPORT伪指令用于在程序中声明一个全局的标号，该标号可在其他的文件中引用
area delay,code,readonly ;定义code片段delay只读
code32 ;以下为32位的ARM程序
;下面是延时若干ms的子程序
delayxms
stmfd sp!,{r11} ; 寄存器入栈
sub r0,r0,#1 ;r0=r0-1
ldr r11,=1000 ；加载至r11中
loop2
sub r11,r11,#1 ；每次将r11自减一
cmp r11,#0x0 ;将r11与0比较
bne loop2 ;比较的结果不为0，则继续调用loop2
cmp r0,#0x0 ;将r0与0比较
bne delayxms ;比较的结果不为0，则继续调用delayxms
ldmfd sp!,{r11};
mov pc,lr;返回
end
armasmc.c代码：
//*************************armasmc.c******************************
#include <stdio.h>
int Main()
{
extern void delayxms(int xms); //在C程序调用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
int i=100;
while(1)
{
delayxms(1000); // 调用delayxms汇编程序
i--;
if(i==0)
i=100;
}
return 0;
}
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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今天的文章嵌入式ARM设计编程(四) ARM启动过程控制分享到此就结束了，感谢您的阅读。
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