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代碼開頭是：

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

MDK代碼開頭是：

 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)樽鯨inux驅(qū)動(dòng)開發(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匯編書寫格式：

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、下劃線等組成，除局部標(biāo)號(hào)外，不能以數(shù)字開頭）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’,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/.asciz/.ascii       定義字符串       .ascii   “abcd\0”,    注意：.ascii  偽操作定義的字符串需要每行添加結(jié)尾字符 '\0'，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)以內(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：

1. 變量的定義放在，stop后，.end前
2. 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)在宏指令被展開時(shí)，標(biāo)號(hào)會(huì)被替換為用戶定義的符號(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

舉例：.set

.set start, 0x40mov 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

1. 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

2.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

3.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r2val: .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：

1. 定義環(huán)境變量TARGET=start，start為匯編文件的文件名
2. 定義環(huán)境變量TARGETC=main，main為c語(yǔ)言文件
3. 目標(biāo)：all，4~8行是該指令的指令語(yǔ)句
4. 將main.c編譯生成main.o,$(TARGETC)會(huì)被替換成main
5. 將start.s編譯生成start.o,$(TARGET)會(huì)被替換成start
6. 4-5也可以用該行1條指令實(shí)現(xiàn)
7. 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
8. 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，
9. clean目標(biāo)
10. 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】

1. 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
2. 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:

1. 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?？梢允褂胦bjdump -i列出支持的binary 文件格式；
2. OUTPUT_ARCH(arm) 指定輸出的平臺(tái)為arm，可以透過(guò)objdump -i查詢支持平臺(tái)；
3. ENTRY(_start) ：將符號(hào)_start的值設(shè)置成入口地址；
4. . = 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)；
5. .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；
6. .rodata : { *(.data) } : 將所有輸入文件的.rodata section合并成一個(gè).rodata section；
7. .data : { *(.data) } : 將所有輸入文件的.data section合并成一個(gè).data section；
8. .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
9. . = 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：

# 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】

1. 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。
2. 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.lds

1. OUTPUT_ARCH(arm)制定對(duì)應(yīng)的處理器；
2. 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。一般用編程器燒寫時(shí)從00開始，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，如果上電開始運(yùn)行，沒(méi)有OS系統(tǒng)，如果將ELF格式的文件燒寫進(jìn)去，包含一些ELF文件的符號(hào)表字符表之類的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。