ARM实验5_嵌入式C与汇编混合编程

昆明理工大学信息工程与自动化学院学生实验报告（2011—2012学年第1学期）课程名称：ARM嵌入式系统结构开课实验室：信自楼4432012年12月27日年级、专业、班学号姓名成绩实验项目名称ARM无符号多字节整数乘法指导教师冯勇教师评语该同学是否了解实验原理：A.了解□B.基本了解□C.不了解□该同学的实验能力：A.强□B.中等□C.差□该同学的实验是否达到要求：A.达到□B.基本达到□C.未达到□实验报告是否规范：A.规范□B.基本规范□C.不规范□实验过程是否详细记录：A.详细□B.一般□C.没有□教师签名：年月日实验五嵌入式C与汇编混合编程实验一、实验目的掌握建立基本完整的ARM工程，包含启动代码，连接脚本等；阅读EmbestS3CEV40启动代码，观察处理器启动过程；学会使用EmbestIDE辅助信息窗口来分析判断调试过程和结果；学会在EmbestIDE环境中编写、编译与调试汇编和C语言相互调用的程序。掌握通过memory/register/watch/variable窗口分析判断结果。二、实验原理1.ARM异常向量表当正常的程序执行流程挂起时，称之为异常。在处理异常之前，必须保存当前的处理器状态，以便从异常程序返回时可以继续执行当前的程序。ARM异常向量表如表2-2所示。表1ARM异常向量表地址异常入口模式优先级0x00000000复位管理10x00000004未定义指令未定义60x00000008软件中断管理60x0000000C预取中止中止50x00000010数据中止中止20x00000014保留保留0x00000018IRQIRQ40x0000001CFIQFIQ3处理器允许多个异常同时发生。这时，处理器会按照表1中的优先级顺序进行处理。由上可见，复位（Reset）入口是整个程序的实际入口点。因此，编写代码时，第一条语句在0x00000000处开始执行。2.ARM过程调用ATPCS（ARM）ATPCS是一系列用于规定应用程序之间相互调用的基本规则。程序只要遵守ATPCS相应规则，就可以使用不同的源代码来编写程序。程序间的相互调用最主要的是解决参数传递问题。应用程序之间使用中间寄存器及数据栈来传递参数，其中第1～4个参数使用R0～R3，多于4个参数的则使用数据栈进行传递。用不同语言编写的应用程序在调用时可以自定义参数传递的约定。使用具有一定意义的形式来传递，可以很好地解决参数个数问题。常用方法是把第1个或最后1个参数（包括个数本身）传递给应用程序。ATPCS中寄存器的对应关系如表2-3所列。表2-3ATPCS规则中寄存器列表ARM寄存器ATPCS别名ATPCS寄存器说明R0～R3a1～a4参数/结果/scratch寄存器1～4R4v1局部变量寄存器1R5v2局部变量寄存器2R6v3局部变量寄存器3R7v4、wr局部变量寄存器4/Thumb状态工作寄存器R8v5ARM状态局部变量寄存器5R9v6、sbARM状态局部变量寄存器6/RWPI的静态基止基址寄存器R10v7、slARM状态局部变量寄存器7/数据栈限制指针寄存器R11v8ARM状态局部变量寄存器8R12ip子程序内部调用的临时（scratch）寄存器R13sp数据栈指针寄存器R14lr链接寄存器R15pc程序记数器3.链接脚本文件所有的链接都是通过链接脚本来控制实现的。这些链接脚本文件使用链接命令语言编写。链接脚本的最主要作用是描述我们编写的文件中这么多个部分应该如何的相应摆放在输出文件中，并控制存储区如何定位这些输出文件。同时，如果需要，我们还可以使用链接脚本文件实现其它功能。大部分链接脚本文件都是很简单的。最简单的链接脚本只有一行命令：SECTIONS。使用SECTIONS命令来告诉存储区应该如何摆放输出文件。4．EmbestIDE开发调试辅助窗口使用EmbestIDE嵌入式开发环境，用户可以使用源代码编辑窗口编写源文件程序。使用反汇编窗口观察程序代码的执行，使用Register窗口观察程序操作及CPU状态，使用外围寄存器窗口观察当前处理器的设置，使用Memory窗口观察内存单元使用情况，使用Watch或Variables窗口观察程序变量，使用操作控制台执行特殊命令。加上调试状态下丰富的右键快捷菜单功能，用户可以使用IDE实现或发现任何一部分应用软件，修改任何一个开发或运行时的错误。三、实验内容1.使用汇编完成一个随机数产生函数，通过C语言调用该函数，产生一系列随机数，存放到数组里面。2.下面是ARM的启动文件init.s及链接脚本文件ldscript的参考程序：参考程序init.s：#.arm.global_start.text_start：#设置中断/异常向量BReset_HandlerUndefined_Handler：BUndefined_HandlerSWI_Handler：BSWI_HandlerPrefetch_Handler：BPrefetch_HandlerAbort_Handler：BAbort_HandlerNOPIRQ_Handler：BIRQ_HandlerFIQ_Handler：BFIQ_HandlerReset_Handler：LDRsp,=0x00002000#----------------------------------------------------------------#-BranchonCcodeMainfunction(withinterworking)#-BranchmustbeperformedbyaninterworkingcallaseitheranARMorThumb#-mainCfunctionmustbesupported.Thismakesthecodenotposition-#-independant.ABranchwithlinkwouldgenerateerrors#----------------------------------------------------------------.extern__mainldrr0,=__mainmovlr,pcbxr0#----------------------------------------------------------------#-Loopforever#-Endofapplication.Normally,neveroccur.#-CouldjumponSoftwareReset(B0x0).#----------------------------------------------------------------End：BEnd.end链接脚本文件ldscript：SECTIONS{.=0x0；.text：{*(.text)}.data：{*(.data)}.rodata：{*(.rodata)}.bss：{*(.bss)}}四、实验步骤：1.创建新的工程，工程名为：explasm；2.编写源代码文件并分别保存为randtest.c，init.s，random.s和ldscript，并加入工程里；3.按照编译、汇编器配置-链接器配置-调试器配置设置新工程；并编译链接工程；4.选择Debug菜单RemoteConnect进行连接软件仿真器，执行Download命令下载程序，并打开寄存器窗口。5.下载调试文件，打开memory/register/watch/variable/callstack窗口，单步执行程序，并通过以上窗口，跟踪程序运行，观察分析运行结果，通过实验学会使用EmbestIDE进行应用程序的开发与调试。/*********************************Init.s*****************************/#*******************************************************#*NAME:44BINIT.S*#*Version:10.April.2000*#*Description:*#*Cstartupcodes*#*Configurememory,InitializeISR,stacks*#*InitializeC-variables*#*Fillzerosintozero-initializedC-variables*#*******************************************************#程序入口，arm汇编#.arm.global_start.text_start:#---Setupinterrupt/exceptionvectorsBReset_HandlerUndefined_Handler:BUndefined_HandlerSWI_Handler:BSWI_HandlerPrefetch_Handler:BPrefetch_HandlerAbort_Handler:BAbort_HandlerNOP/*Reservedvector*/IRQ_Handler:BIRQ_HandlerFIQ_Handler:BFIQ_HandlerReset_Handler:LDRsp,=0x00002000#------------------------------------------------------------------------------#-BranchonCcodeMainfunction(withinterworking)#----------------------------------------------------#-BranchmustbeperformedbyaninterworkingcallaseitheranARMorThumb#-mainCfunctionmustbesupported.Thismakesthecodenotposition-#-independant.ABranchwithlinkwouldgenerateerrors#------------------------------------------------------------------------------.externmainldrr0,=mainmovlr,pcbxr0#------------------------------------------------------------------------------#-Loopforever#---------------#-Endofapplication.Normally,neveroccur.#-CouldjumponSoftwareReset(B0x0).#------------------------------------------------------------------------------End:bEnd.global__gccmain__gccmain:movpc,lr.end/***********************************Ldscript*****************************/SECTIONS{.=0x0;.text:{*(.text)}.data:{*(.data)}.rodata:{*(.rodata)}.bss:{*(.bss)}}/***********************************random.s*****************************/#Randomnumbergenerator##Thisusesa33-bitfeedbackshiftregistertogenerateapseudo-randomly#orderedsequenceofnumberswhichrepeatsinacycleoflength2^33-1