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2020年04月03日 | ARM体系结构与编程-3

2020-04-03 来源：eefocus

ARM存储系统：

ARM中用于存储管理的系统控制协处理器CP15：

包含16个32位寄存器，其编号为0到15。实际上对于某些编号的寄存器可能对应有多个物理寄存器。

访问CP15寄存器的指令：MRC、MCR。

CP15中的寄存器C0和C1：C0中存放ARM相关的一些标示符；C1是一个控制寄存器，用于禁止/使能MMU、配置存储系统等。

例如下面的代码序列使能MMU：

MRC P15，0，R0,C1，0,0

ORR R0,#01

MCR P15，0，R0,C1，0,0

ARM中的存储管理单元MMU：

完成虚拟存储空间到物理存储空间的地址映射，和存储器访问权限的控制，设置虚拟存储空间的缓冲特性。

ARM中的CACHE及WRITE BUFFER技术：

高速缓存和写缓冲区位于主存储器SDRAM和CPU之间，用来提高存储系统的性能。

快速进程上下文切换技术：

通过修改系统中不同进程的虚拟地址，避免在进行进程间切换时造成的虚拟地址到物理地址的重映射，从而提高系统的性能。

ATPCS：ARM Thumb procedure call standard：ARM程序和Thumb程序中的子程序调用的基本规则

为适应特定的需要，除去基本的ATPCS外，有特定的ATPCS，如支持数据栈限制检查的ATPCS、支持只读段位置无关的ATPCS、支持可读写段位置无关的ATPCS、支持ARM和Thumb程序混合使用的ATPCS、处理浮点运算的ATPCS。

基本的ATPCS：

寄存器的使用规则：

子程序通过R0 - R3来传递参数，R0 - R3可记作A0 - A3。被调用的子程序在返回前无需恢复寄存器R0 - R3的内容。

在子程序中，使用R4 - R11来保存局部变量，R0 - R3可记作V1 - V8。如果在子程序中使用了V1 - V8中的某些寄存器，则子程序在进入时必须保存这些寄存器的值，在返回前必须恢复这些寄存器的值。

R12可记作ip，用作子程序间scratch寄存器。

R13可记作sp，用作数据栈指针。sp在进入子程序时的值和退出子程序时的值必须相等。

R14可记作lr，称为连接寄存器，用于保存子程序的返回地址。

R15可记作pc，称为程序计数器。

数据栈的使用规则：

栈指针可以指向不同的位置。当栈指针指向栈顶元素时，称为满栈。当栈指针指向与栈顶相邻的下个可用数据单元时，称为空栈。当数据栈向内存地址减小的方向增长时，称为递减栈。当数据栈向内存地址增加的方向增长时，称为递增栈。

综合起来有4中数据栈：FD(满递减)、ED(空递减)、FA(满递增)、EA(空递增)。ATPCS规定数据栈为FD(满递减)类型，并且对数据栈的操作是8字节对齐的。

参数传递规则：

参数个数可变的子程序参数传递规则：参数个数不超过4个时，使用R0 - R3来传递参数；参数个数超过4个时，可以使用数据栈来传递参数。

子程序结果返回规则：结果为一个32位整数时，通过R0返回；结果为64位整数时，通过R0,R1来返回。

C/C++以及汇编语言的混合编程：

内嵌汇编器指的是包含在C/C++编译器中的汇编器，它可以汇编内嵌的汇编指令。

内嵌的汇编指令用法：

操作数：作为操作数的寄存器和常量可以是C/C++表达式。

物理寄存器：通常推荐在内嵌的汇编指令中不要指定物理寄存器，因为这可能会影响到编译器对寄存器的分配，进而影响代码的效率。

标号：内嵌的汇编指令中只有B指令可以使用C/C++程序中的标号。

在C/C++程序中使用内嵌的汇编指令的语法格式：

在ARM C语言中：

__asm

{

instruction [;instruction]

...

[instruction]

}

在ARM C++语言中：

asm("instruction [;instruction]");

从汇编程序中访问C程序中声明的全局变量：

首先，使用IMPORT伪操作声明该全局变量

其次，使用LDR指令读取该全局变量的内存地址

最后，根据数据的类型使用相应的LDR指令读取该全局变量的值，使用STR指令修改该全局变量的值

汇编程序、C程序以及C++程序的相互调用：

在C++程序中使用C程序头文件：

在C++程序中使用C程序的系统头文件：直接包含。因为系统已经执行过了extern "C" {}的伪操作。

在C++程序中使用C程序的用户自定义头文件：

方法1：将其放在 extern "C" {} 中。例如：

//C++ code

extern "C"

{

#include "mycheader1.h"

}

方法2：在该C程序头文件中使用extern "C" {}。例如：

//C header file

#ifdef __cplusplus

extern "C" {

#endif

//C头文件实际内容

#ifdef __cplusplus

}

#endif

C程序调用汇编程序：

首先，汇编程序的设计要遵循ATPCS规则，保证程序调用时参数的正确传递。

其次，在汇编程序中使用EXPORT伪操作声明本程序标号，使得本程序可以被别的程序调用。

最后，在C语言程序中使用extern关键字声明该汇编程序标号，然后就可以调用了。

汇编程序调用C程序：

首先，汇编程序的设计要遵循ATPCS规则，保证程序调用时参数的正确传递。

最后，在汇编程序中使用IMPORT伪操作声明将要调用的C程序，然后就可以调用了。

C++程序调用C程序：在C++程序中用关键字 extern "C" 声明被调用的C程序。

汇编程序调用C++程序：

首先，汇编程序的设计要遵循ATPCS规则，保证程序调用时参数的正确传递。

其次，在C++程序中使用extern "C" 声明被调用的C++程序。

最后，在汇编程序中使用IMPORT伪操作声明将要调用的C++程序，然后就可以调用了。

ARM 体系结构编程

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