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【FreeRTOS】ARM架构汇编实例

news 来源：原创 2024/6/23 11:26:33

ARM架构简明教程

1. ARM架构

电脑的组成

对于单片机，叫SoC system on chip，在芯片上有完整的系统

芯片集成了CPU 内存硬盘（flash）

内存：读出数据，写入数据

计算都是在CPU内完成的

1.2 RISC

ARM芯片属于精简指令集计算机(RISC：Reduced Instruction Set Computing)，它所用的指令比较简单，有如下特点：

① 对内存只有读、写指令
② 对于数据的运算是在CPU内部实现
③ 使用RISC指令的CPU复杂度小一点，易于设计

在这里插入图片描述

对于上图所示的乘法运算a = a * b，在RISC中要使用4条汇编指令：

① 读内存a
② 读内存b
③ 计算a*b
④ 把结果写入内存

1.2 提出问题

问题：在CPU内部，用什么来保存a、b、a*b ？

回答：寄存器 R0、R1、R2……

1.3 CPU内部寄存器

在这里插入图片描述

无论是cortex-M3/M4，

还是cortex-A7，

CPU内部都有R0、R1、……、R15寄存器；

它们可以用来“暂存”数据。

在这里插入图片描述

对于R13、R14、R15，还另有用途：

R13：别名SP(Stack Pointer)，栈指针

R14：别名LR(Link Register)，用来保存返回地址

R15：别名PC(Program Counter)，程序计数器，表示当前指令地址，写入新值即可跳转

1.4 汇编指令

读内存：Load

# 示例
LDR  R0, [R1, #4]  ; 读地址"R1+4", 得到的4字节数据存入R0

Load R 读四个字节，读R1+4的地址，读入的数据保存到R0里
其他指令：LDRB\LDRH
LDRB 读取一个字节 1Byte，LDRH 读取Half，2Bytes

写内存：Stroe

# 示例
STR  R0, [R1, #4]  ; 把R0的4字节数据写入地址"R1+4"

写内存 4个字节STR 把R0的4字节数据写到R1+4
写其他字节数
STRB 1byte
STRH half - 2bytes

读写指令经常用到，一定要掌握这两条指令

加减

ADD R0, R1, R2  ; R0=R1+R2
ADD R0, R0, #1  ; R0=R0+1
SUB R0, R1, R2  ; R0=R1-R2
SUB R0, R0, #1  ; R0=R0-1

比较

CMP R0, R1  ; 结果保存在PSR(程序状态寄存器)

结果保存到程序状态寄存器里

跳转

B  main  ; Branch, 直接跳转
BL main  ; Branch and Link, 先把返回地址保存在LR寄存器里再跳转

跳转
B main； PC/R15=main的地址

BL main；分为两个步骤
LR/R14=返回地址
PC/R15=main的地址

2. C函数的反汇编

C函数：

int add(volatile int a, volatile int b)
{volatile int sum;sum = a + b;return sum;
}

这段代码里用volatile int a，不要让编译器优化我们的程序

把这个函数复制，随便我们工程的放到一个地方

修改如下部分
在这里插入图片描述

void OLED_Test(void)
{int OLED_Count = 0;OLED_Init();// 清屏OLED_Clear();while (1){// 在(0, 0)打印'A'OLED_PutChar(0, 0, 'A');// 在(1, 0)打印'Y'OLED_PutChar(1, 0, 'Y');// 在第0列第2页打印一个字符串"Hello World!"OLED_PrintString(0, 2, "Hello World!");OLED_PrintSignedVal(6, 4, OLED_Count);OLED_Count = add(OLED_Count, 1);    //OLED_Count ++ 看反汇编代码}
}

让Keil生成反汇编：

选择魔术棒-uesr 示例图片
在这里插入图片描述

为例方便复制，制作反汇编的指令如下：

fromelf  --text  -a -c  --output=xxx.dis  xxx.axf

上面语句的作用是用 xxx.axf 输出 xxx.dis 的反汇编

为了方便复制粘贴，先做好我自己的这行代码，自己的路径自己粘贴，方法在如下
在linker的窗口下，往下翻，就能找到linker的路径，复制粘贴到对应的位置即可

在这里插入图片描述
结合起来就是

fromelf  --text  -a -c  --output=test.dis  01_freertos_template\01_freertos_template.axf

用01_freertos_template\01_freertos_template.axf ，输出test.dis的反汇编

粘贴到对应的位置

在这里插入图片描述

编译看输出结果
在这里插入图片描述
这里很直观的看到输出了.dis文件

找到这个文件，用文本文档打开

在这里插入图片描述

OLED_Test0x08002a00:    2400        .$      MOVS     r4,#00x08002a02:    f7ffff01    ....    BL       OLED_Init ; 0x80028080x08002a06:    f7fffeea    ....    BL       OLED_Clear ; 0x80027de0x08002a0a:    2100        .!      MOVS     r1,#00x08002a0c:    2241        A"      MOVS     r2,#0x410x08002a0e:    4608        .F      MOV      r0,r10x08002a10:    f7ffff9c    ....    BL       OLED_PutChar ; 0x800294c0x08002a14:    2259        Y"      MOVS     r2,#0x590x08002a16:    2100        .!      MOVS     r1,#00x08002a18:    2001        .       MOVS     r0,#10x08002a1a:    f7ffff97    ....    BL       OLED_PutChar ; 0x800294c0x08002a1e:    a208        ..      ADR      r2,{pc}+0x22 ; 0x8002a400x08002a20:    2102        .!      MOVS     r1,#20x08002a22:    2000        .       MOVS     r0,#00x08002a24:    f7ffff79    ..y.    BL       OLED_PrintString ; 0x800291a0x08002a28:    4622        "F      MOV      r2,r40x08002a2a:    2104        .!      MOVS     r1,#40x08002a2c:    2006        .       MOVS     r0,#60x08002a2e:    f7ffff35    ..5.    BL       OLED_PrintSignedVal ; 0x800289c0x08002a32:    2101        .!      MOVS     r1,#10x08002a34:    4620         F      MOV      r0,r40x08002a36:    f000fa7f    ....    BL       add ; 0x8002f380x08002a3a:    4604        .F      MOV      r4,r00x08002a3c:    e7e5        ..      B        0x8002a0a ; OLED_Test + 10

add0x08002f38:    b503        ..      PUSH     {r0,r1,lr}0x08002f3a:    b081        ..      SUB      sp,sp,#40x08002f3c:    e9dd0101    ....    LDRD     r0,r1,[sp,#4]0x08002f40:    4408        .D      ADD      r0,r0,r10x08002f42:    9000        ..      STR      r0,[sp,#0]0x08002f44:    bd0e        ..      POP      {r1-r3,pc}
i.main
main0x08002f46:    f7fdfe77    ..w.    BL       HAL_Init ; 0x8000c380x08002f4a:    f7fffe0f    ....    BL       SystemClock_Config ; 0x8002b6c0x08002f4e:    f7fffa1d    ....    BL       MX_GPIO_Init ; 0x800238c0x08002f52:    f7fffac3    ....    BL       MX_I2C1_Init ; 0x80024dc0x08002f56:    f7fff9cf    ....    BL       MX_ADC1_Init ; 0x80022f80x08002f5a:    f7fffadf    ....    BL       MX_SPI1_Init ; 0x800251c0x08002f5e:    f7fffc1f    ....    BL       MX_USB_PCD_Init ; 0x80027a00x08002f62:    f7fffaff    ....    BL       MX_TIM1_Init ; 0x80025640x08002f66:    f7fffb65    ..e.    BL       MX_TIM2_Init ; 0x80026340x08002f6a:    f7fffbc1    ....    BL       MX_TIM3_Init ; 0x80026f00x08002f6e:    f7fffbfb    ....    BL       MX_USART1_UART_Init ; 0x80027680x08002f72:    f000f813    ....    BL       osKernelInitialize ; 0x8002f9c0x08002f76:    f7fff9e7    ....    BL       MX_FREERTOS_Init ; 0x80023480x08002f7a:    f000f82b    ..+.    BL       osKernelStart ; 0x8002fd40x08002f7e:    e7fe        ..      B        0x8002f7e ; main + 56

搜索add，要区分大小写！
在这里插入图片描述

C函数add

int add(volatile int a, volatile int b)
{volatile int sum;sum = a + b;return sum;
}

C函数add的反汇编代码如下：

    i.addadd0x08002f34:    b503        ..      PUSH     {r0,r1,lr}0x08002f36:    b081        ..      SUB      sp,sp,#40x08002f38:    e9dd0101    ....    LDRD     r0,r1,[sp,#4]0x08002f3c:    4408        .D      ADD      r0,r0,r10x08002f3e:    9000        ..      STR      r0,[sp,#0]0x08002f40:    bd0e        ..      POP      {r1-r3,pc}

在这里插入图片描述
add函数里的cnt参数保存在r0里，1保存在r1里，局部变量保存在栈里

在这里插入图片描述

对于单片机来说，在FLASH的地址上，保存这些数据

在这里插入图片描述
cpu会读取FLASH地址，得到对应的机器码，在cpu内部执行机器码，
cpu会读取FLASH地址，得到对应的机器码，在cpu内部执行机器码，
cpu会读取FLASH地址，得到对应的机器码，在cpu内部执行机器码，
……

在这里插入图片描述

从栈里把数值POP到R1R2R3，
仅仅是为了后面把LR的值POP到PC寄存器，仅
仅是为了恢复栈

以上可以看出，对于汇编代码，本质上，大多数汇编代码都是读取内存，写入内存，加加，减减，跳转

看起来很高大上的C语言的函数，在汇编里都是如此，读内存，写内存，加加，减减，跳转~

韦老师说这节课看不懂没关系，后面课程还会讲的

学习视频
【FreeRTOS入门与工程实践 --由浅入深带你学习FreeRTOS（FreeRTOS教程基于STM32，以实际项目为导向）】 https://www.bilibili.com/video/BV1Jw411i7Fz/?p=9&share_source=copy_web&vd_source=8af85e60c2df9af1f0fd23935753a933