## ARM基础编程实验

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ARM基础编程实验

作者： Saint
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一、实验目的
1.熟悉并掌握常用ARM汇编指令
2.熟悉并掌握“C＋汇编”混合编程技术
3.熟练使用ARM软件开发调试工具Keil

二、实验内容
1.学习使用Keil开发工具。
2.使用ARM汇编语言，编程实现1+2+……+N累加运算功能。
3.使用C调用汇编函数，实现字符串拷贝功能。
4.使用汇编调用C函数，实现求和运算功能。
5.使用ARM汇编语言，实现冒泡排序算法。

三、实验步骤
实验1.1：运行Keil，建立工程文件，单步运行调试演示示例程序，深刻理解每一条指令，观察寄存器，内存空间的变化。ARM数据处理指令寻址方式实验和ARM内存访问指令寻址方式实验，ARM堆栈指针寄存器实验、ARM程序计数器实验、ARM程序状态寄存器实验、ARM工作模式切换实验。

实验1.2：用ARM汇编实现1+2+…+N的累加运算
1.将实验1.2文件夹中的sum.s文件添加至工程中。
2.在文件中，用汇编实现算法核心部分，需添加的代码参考流程图如下：
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3. 运行Debug进行调试。

实验1.3：理解C和汇编，并用汇编程序实现字符串拷贝，并在C程序中调用该汇编程序。
1.将实验1.3文件夹中的testfile.s和main.c文件添加至工程中。
2.在汇编文件testfile.s中添加两行汇编代码，分别实现：
(1) 拷贝源字符串的一个字节到R2中；
(2) 将拷贝的字节复制到目标空间。
(3)运行Debug进行调试。

实验1.4：在汇编中调用C函数。
1.将实验1.4文件夹中的sum.c和testfile.s文件添加至工程中。
2.在汇编文件testfile.s中相应位置添加汇编代码，通过调用c函数g（）实现1+2+3+glovb1，结果存在R8中。
3.运行Debug进行调试，观察实验现象。

实验1.5：用ARM汇编实现冒泡算法。
1.将实验1.5文件夹中的maopao.s文件添加至工程中。
2.在汇编文件maopao.s中相应位置添加汇编代码，实现冒泡排序。
3.运行Debug进行调试。
4.在debug界面，点击Debug →Memory Map，修改地址分段属性。
5.观察实验现象

四、实验结果
实验1.1ARM数据处理指令寻址方式实验和ARM内存访问指令寻址方式实验中代码如下：
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通过调试可以发现知道代码中的数据传送指令MOV；算术运算指令-加法指令ADD和减法指令SUB；以及比较指令CMP等数据处理指令在寄存器的数值和地址的变化，初步了解ARM的寻址方式以及数据传送方式。

实验1.2编程实现1+2+…+N 代码书写：

 ;功能：计算1+2+3+4+...+N;说明；N>=0,当N=0时结果为0，当N=1时结果为1N EQU 100   ;定义N的值100AREA Examples,CODE,READONLY   ;声明代码断Examples3ENTRY   ;标识程序入口 CODE32
ARM_CODE
LDR SP,=0X30003F00    ;设置堆栈指针ADR R0,THUMB_CODE+1    BX R0        ;跳转并切换处理器状态LTORG        ;声明文字池	
CODE16
THUMB_CODE
LDR R0,=N    ;设置子程序SUM_N的入口参数 BL SUM_N     ;调用子程序SUM_NB THUMB_CODE ;SUM_N
;功能：计算1+2+3+......+N
;入口参数：R0 N的值
;出口参数：R0 运行结果 
;占用资源：R0
;说明：当N=0时结果为0，当N=1时结果为1
;若运算溢出，结果为0
SUM_NPUSH {R1-R7,LR}  ;寄存器入栈保护MOVS R2,R0       ;将n的值复制到R2,并影响相应条件标志BEQ SUM_END      ;若N=0,则返回，成立即返回CMP R2,#1		 ;比较R2是否为1BEQ SUM_END      ;若N=1,则返回,成立即返回MOV R1,#1        ;初始化计数器R1=1									MOV R0,#0        ;初始化计数器R0=0 
SUN_L1ADD R0,R1		 ;R0=R1+R0BVS SUM_END		 ;溢出	CMP R1,R2		 ;比较R1和n是否相等BVS SUM_END		 ;相等，跳出循环，即加到n结束ADD R1,#1		 ;R1=R1+1;B SUN_L1		 ;跳转循环
SUM_ERRMOV R0,#0		;R0=0
SUM_END MOV R8,R0		 ;将结果保存在R8中POP {R1-R7,PC}   ;寄存器出栈，返回END

实验结果：
最终寄存器R8的读数为为0X000013BA，数值为十进制的5050，正好是从1加至100之和，所以成功实现该功能。

实验1.3理解C和汇编，并用汇编程序实现字符串拷贝，并在C程序中调用该汇编程序。
在C程序中调用该汇编程序

;文件名：main.c
;功能：完成字符串的拷贝
#include <stdio.h>
extern void strcopy(char *d ,char *s);
int main(void)
{char *srcstr = "aaaa";char dststr[] = "bbbb";//printf("Before copying:\n");				//仿真调试时禁用printf语句//printf(" %s %s\n",srcstr,dststr);strcopy(dststr,srcstr);//printf("After copying: \n");//printf(" %s\n  %s\n",srcstr,dststr);return (0);};文件名：TEST.S 
;功能：从C语言中调用汇编语言
AREA	Example1,CODE,READONLY	;声明代码段Example1 
CODE32				   ;声明32位ARM指令
IMPORT __main
EXPORT strcopy
strcopy	LDRB  R2,[R1],#1	;拷贝源字符串的一个字节STRB  R2,[R0],#1	;将拷贝的字节复制到目标空间，CMP   R2,#0		;比较R2=0BNE   strcopy	MOV   PC,LREND

实验结果：
将原来的aaaa bbbb的值变成了aaaa aaaa，所以成功实现字符串复制。
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实验1.4在汇编中调用C函数

；文件名：main.c
；功能：完成求和
int g(int a, int b ,int c,int d)
{return a+b+c+d;
};文件名：TESTFILE.S 
;功能：从汇编语言中调用C语言IMPORT g
AREA	Example1,CODE,READONLY	  	CODE32				  	ENTRY
START	MOV		R0,#1	MOV		R1,#2MOV		R2,#3MOV		R3,#10BL		gMOV		R8,R0	B		STARTEND

实验结果：
最终寄存器R8读数为0X000010，正好为1+2+3+10=16，所以正确实现该功能。

实验1.5用ARM汇编实现冒泡算法。

 AREA Sort,CODE,READONLYENTRY
startMOV r4,#0LDR r6,=srcADD r6,r6,#len
outerLDR r1,=src
innerLDR r2,[r1]LDR r3,[r1,#4]CMP r2,r3STRGT r3,[r1]STRGT r2,[r1,#4]ADD r1,r1,#4CMP r1,r6BLT innerADD r4,r4,#4CMP r4,#lenSUBLE r6,r6,#2BLE outer
src DCD 2,4,10,8,14,1,20AREA Array,DATA,READWRITE
len EQU 7*4
END

实验结果：
从起始寄存器位置开始，每个四个输出一个数据，数据依次为1,2,4,8,10,14,20，由此完成了冒泡排序法。
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五、实验总结
1、学习使用Keil开发工具。
2、完成了1+2+…+N求和，N=100时答案为5050。
3、C语言中调用了汇编语言，实现字符串复制。
4、汇编中调用了C语言函数，实现了实现求和运算功能。
5、用汇编语言实现了冒泡排序法，结果为1,2,4,8,10,14,20。

实验心得：
（1）在写冒泡排序过程中发现，如果使用杂项伪命令AREA定义数据段时， AREA Sort,CODE,READONLY这段代码要缩进，以及跟下面结束时的相同代码对齐，否则会出现编译错误。
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（2）我们在使用memory map的时候，需要查看同一个寄存器的首地址和尾地址的数据变化，我们需要将程序刚开始的寄存器首地址和结束时的尾地址填入memory map中，注意格式如下：
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六、实验思考题
1.ADD替换成ADDS，SUB替换成SUBS有什么影响?
运算结果不影响CPSR中相应标志位的值，跳转指令因为上一步的CPSR的值没有改变而无法正确执行。S用于决定指令的操作是否影响CPSR中的条件标志位。

2.MOV替换成MOVNE有什么影响？
只有在上一步计算结果为不相等时才执行。MOVNE先判断条件NE （不相等）则转移，可以看作是两条指令NE=NOT EQUAL不相等。

3.STMIA换成STMIB，STMIA换成STMDA有什么区别?
STMIA换成STMIB是将每次写入前地址+4改为地址-4，STMIA换成STMDA是将每次写入前地址+4改为+1 ，其中STMIB（地址先增而后完成操作）、STMFA（满递增堆栈）；

STMIA（完成操作而后地址递增）、STMEA（空递增堆栈）；STMDB（地址先减而后完成操作）、STMFD（满递减堆栈）；STMDA（完成操作而后地址递减）、STMED（空递减堆栈）。

4.思考用ARM汇编实现1+3+5+…+(2n+1)或者2+4+6+…+2n。
实现1+3+5+„.+(2n+1)：

将 add r1，r1，#1 改为 add r1，r1，lsl  #1       sub r1,r1,#1   
实现2+4+6+…..+2n:   
将 add r1，r1，#1 改为 add r1，r1，lsl  #1

5.实验3中如果去除汇编代码中的“EXPORT strcopy”会有什么现象，为什么？
C语言无法调用用strcopy函数。因为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。

6.实验4中如果去除汇编代码中的“IMPORT ……”会有什么现象，为什么？
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把“IMPORT ….注释后发现，编译调试时程序单步运行直接从汇编程序开始，说明无法调用C语言的main函数。IMPORT伪操作告诉编译器当前的符号不是在本源文件中定义的，而是在其他源文件中定义的，在本源文件中可能引用该符号，而且不论本源文件是否实际引用该符号，该符号都将被加入到本源文件的符号表中。