实验三、汇编指令实验 一、实验目的
掌握ARM7TMDI 汇编指令的用法，并能编写简单的汇编程序；
学习ARM 微控制器的16 位Thumb 汇编指令的使用方法掌握指令的条件执行； 二、实验设备
硬件：嵌入式实验平台一套、仿真器一个、PC机一台。
软件：Windows 98/2000/NT/XP 操作系统、仿真器驱动程序、ADS开发软件一套。 三、实验内容
分别使用ARM、Thumb指令ADD,MOV,CMP,B 计算1＋2＋3＋?＋N 的值。 四、实验原理
ARM 处理器共有两种工作状态：
ARM 32 位，这种状态下执行字对准的ARM 指令。
Thumb 16 位，这种状态下执行半字对准的Thumb 指令。
注意：ARM和Thumb 之间状态的切换不影响处理器的模式或寄存器的内容。 ARM 处理器在两种工作状态之间可以切换。
(1) 进入Thumb 状态。当操作数寄存器的状态位0 为1 时，执行BX 指令进入Thumb 状态。如果处理器在Thumb 状态进入异常，则当从异常出来（IRQ、FIQ、Undef、Abort、SWI）返回时，自动切换到Thumb 状态。
(2)进入ARM 状态。当操作数寄存器的状态位0 为0 时，执行BX 指令进入ARM 状态。处理器进行异常处理（IRQ、FIQ、Undef、Abort、SWI）。在此情况下，把PC 放入异常模式链接寄存器中。从异常向量地址开始执行也可以进入ARM 状态。 Thumb 状态下的寄存器集是ARM 状态下寄存器集的子集。程序员可以直接访问8 个通用寄存器（R0－R7）、PC、SP、LR 和CPSP。每一种特权模式都有一组SP、LR 和SPSR。Thumb 状态的R0-R7 与ARM 状态的R0-R7 一致。 Thumb 状态的CPSR 和SPSR 与ARM 状态下的CPSR和SPSR 一致。
Thumb 状态的SP 映射到ARM 状态的R13。
Thumb 状态的LR 映射到ARM 状态的R14。 Thumb 状态的PC 映射到ARM 状态的PC(R15)。 本程序使用R0 保存结果，所以一开始就要初始化为0；循环执行R0=R0+R1,R1 为循环计数器，从1 开始计数，每一次循环R1 加1；当循环计数器R1 的值到达N 时，运算结束。
五、实验操作步骤
1．启动ADS1.2,使用ARM Execuatable Image 工程模板建立一个工程ASM_Project。 2．建立源文件test2.s,编写实验程序，然后添加到工程中(ARM指令和Thumb 指令实验的test2.s 程序源码分别见下清单) 。
3．设置工程链接地址RO Base 为0x0C000000 4．编译链接工程，选择【Project】->【Debug】，启动AXD进行调试。
5．打开寄存器窗口（Processor Registers）,选择Current 项监视各寄存器的值。
6．单步运行程序，注意执行BX R0指令前后CPSR寄存器的T位。 说明：在寄存器窗口的CPSR 寄存器，大写字母的位表示该位为1，小写字母的位表示 该位为0（比如“T”表示T 位为1，“t”表示T 位为0）。
7．理解并掌握本实验原理及程序，完成练习题 。
六、实验参考程序
Thumb 汇编指令实验的参考程序代码清单 ;文件名：test.s
;功能：计算1＋2＋3＋?+N 的值
N EQU 50
; 定义N 的值为50
AREA testcode, CODE, READONLY ;声明代码段testcode ENTRY ;标识程序入口 CODE32
; 声明32 位ARM 指令
;设置堆栈指针
ARM_CODE
LDR SP, =0x40003F00
ADR R0,THUMB_CODE+1 BX R0 LTORG
CODE16
;跳转并切换处理器状态 ;声明文字池
;声明16 位Thumb 指令
;设置子程序SUM_N 的入口参数 ;调用子程序SUM_N
THUMB_CODE
LDR R0,=N
BL SUM_N
B THUMB_CODE
;名称：SUM_N
;功能：计算1＋2＋3＋?+N 的值 ;入口参数：R0（ N 的值 ） ;出口参数：R0（ 运算结果 ） SUM_N
PUSH {R1-R7,LR} MOVS R2,R0 BEQ SUM_END
CMP R2,#1
BEQ SUM_END MOV R1,#1 MOV R0, #0
;寄存器入栈保护
;将N 的值复制到R2，并影响条件码标志 ;若N的值为0，则返回。
;若N的值为1，则返回。
;初始化计算器R1＝1 ;初始化结果寄存器R0＝0 ; R0＝R0＋R1
;结果溢出，跳转到SUM_ERR ;将计算器的值与N 比较 ;若计数器的值≥N，则运算结束
SUM_L1 ADD R0,R1
BCS SUM_ERR
CMP R1,R2
BHS SUM_END ADD R1,#1 B SUM_L1
SUM_ERR MOV R0, #0
SUM_END POP {R1-R7,PC} ;寄存器出栈，返回
END
;ARM 汇编指令实验的参考程序代码清单 ;文件名：add.s
;功能：计算1＋2＋3＋?+N 的值
N EQU 5;
AREA Example,CODE,READONLY ENTRY CODE32
START
LDR R0,=N
MOV R2,R0 ;R2 充当计数器 MOV R0,#0 MOV R1,#0 LOOP
CMP R1,R2 BHI ADD_END ADD R0,R0,R1 ADD R1,R1,#1 B LOOP
ADD_END
B START END
七、练习题
1.如何切换处理器状态
2.在Thumb 指令只有哪一条指令具有条件执行功能? 3.如何判断运算结果溢出？
实验四、ARM 微处理器工作模式实验
一、实验目的
通过实验掌握学会使用MSR/MRS 指令实现ARM 处理器工作模式的切换，观察 不同模式下的寄存器，加深对CPU 结构的理解。 二、实验设备
硬件：嵌入式实验平台一套、仿真器一个、PC机一台。
软件：Windows 98/2000/NT/XP 操作系统、仿真器驱动程序、ADS 开发软件一套。 三、实验内容
通过ARM 汇编指令，在各种处理器模式下切换并观察各种模式下寄存器的区别；掌握 ARM 不同模式的进入与退出。
四、实验原理
1．ARM 处理器模式
ARM 体系结构支持表1-所示的7 种处理器模式。 处理器模式说明：
用户 usr 正常程序执行模式
FIQ fiq 支持告诉数据传送或通道处理 IRQ Irq 用于通用中断处理
管理 svc 操作系统保护模式
中止 abt 实现虚拟存储器和/或存储器保护 未定义 und 支持硬件协处理器的软件仿真 系统 sys 运行特权操作系统任务
在软件控制下也可以改变模式，外部中断或异常处理也可以引起模式发生改变。大多数应用程序在用户模式下执行。当处理器工作在用户模式时，正在执行的程序不能访问某些被保护的系统资源，也不能改变模式，除非异常发生。这允许适当编写操作系统来控制系统资源的使用。
除用户模式外的其他模式成为特权模式。它们可以自由地访问系统资源和改变模式。其 中5 种称为异常模式，即：
FIQ(Fast Interrupt Request)； IRQ(Interrupt Request)； 管理(Supervisor)； 中止(Abort)； 为定义(Undefined) 。
当特定的异常出现时，进入相应的模式。每种模式都有某些附加的寄存器，以避免异常出现时用户模式的状态不可靠。
剩下的模式是系统模式。仅ARM 体系结构V4 以及以上的版本有该模式。不能由于任 何异常而进入该模式。它与用户模式有相同的寄存器，但它是特权模式，不受用户模式的限 制。它供需要访问系统资源的操作系统任务使用，但希望避免使用与异常模式有关的附加寄 存器。避免使用附加寄存器保证了当任何异常出现时，都不会使任务的状态不可靠。
2．程序状态寄存器
在所有处理模式下，都可以访问当前程序状态寄存器CPSR。CPSR包含条件码标志、中断禁止位、当前处理器模式以及其他状态和控制信息。每种异常模式都有一个程序状态保存寄存器SPSR。当异常出现时，SPSR用于保存CPSR的状态。 CPSR 和SPSR 的格式如下：
31 30 29 28 27 26 8 7 6 5 4 3 2 1 0 N Z C V Q DNM(RAZ) I F T MMMM M （1）条件码标志
N、Z、C、V：大多数指令可以检测这些条码标志，以决定程序指令如何执行。 （2）控制位
最低8 位I、F、T 和M 位用作控制位。当异常出现时改变控制位。当处理器在特权模式下时也可以由软件改变。
中断禁止位：I置1 则禁止IRQ 中断；F 置1 则禁止FIQ 中断。
T 位：T＝0 指示ARM 执行；T＝1指示Thumb 执行。在这些体系结构的系统中，可自由地使用能在ARM 和Thumb 状态之间切换的指令。
模式位：M0、M1、M2、M3 和M 4(M[4：0])是模式位。这些位决定处理器的工作模 式，如表1- 所列：
M[4：0] 模式可访问的寄存器
0b10000 用户 PC， R14~R0, CPSR
0b10001 FIQ PC， R14_fiq~R8_fiq, R7~R0, CPSR, SPSR_fiq 0b10010 IRQ PC， R14_irq~R13_irq, R12~R0, CPSR, SPSR_irq 0b10011 管理 PC ，R14_svc~R13_svc, R12~R0, CPSR, SPSR_svc 0b10111 中止 PC， R14_abt~R13_abt, R12~R0, CPSR, SPSR_abt 0b11011 为定义 PC，R14_und~R13_und,R12~R0, CPSR, SPSR_und 0b11111 系统 PC，R14~R0,CPSR （3）其他位
程序状态寄存器的其他位保留，用作以后扩展。
五、实验操作步骤
1.启动ADS1.2 ，建立一个新的工程；
2.建立汇编源程序文件TEST3.S，编写实验程序，添加到工程中；
3.编译链接工程，点击Debug 按钮，启动AXD 进行调试；
4.点击【Processor Views】->【Registers】,打开Current 项监视个寄存器的值； 5.单步运行程序，注意观察CPSR、SPSR 以及R0 寄存器值得变化。
说明：CPSR 寄存器显示方式如图1- 所示。显示分为两部分，一部分是各个标志位， 另一部分是工作模式。
标志位NZCVQ 为条件码标志N、Z、C、V、Q，显示为大写字母，表示该位为1；显示为小写字母，表示该位为0。Q标志在ARM 体系结构v5 及以上版本的E 变量中才有效。 标志位IFT 为IRQ 中断禁止位I、FIQ中断禁止位F、ARM微控制器状态位T，显示为 大写字母，表示该位为1；显示为小写字母，表示该位为0。T 标志在ARM 体系结构v4 及以上版本的T变量中才有效。
6．理解并掌握本实验原理及程序，完成练习题