Cortex-M3(M0)汇编_启动代码分析

嵌入式处理器cortex-m0特点Cortex-M0内核，运行速度高达50MHz内置嵌套向量中断控制器（NVIC）单周期的硬件乘法器，运算速度超快，一条乘法语句只需要2个字节的命令、一个周期内完成基于ARM7TDMI的16位Thumb指令系统，0.9DMIPS/MHz，代码密度相当高，不用担心存储空间不够问题–仅56条指令，且指令执行时间都是确定的–完成8、16或32位的数据传输只需一条指令具有32kB（LPC1114）、24kB（LPC1113）、16kB（LPC1112）、8kB（LPC1111）片内Flash 程序存储器，后续支持128KB Flash最高配置8KB片内SRAM在系统编程（ISP）和在应用编程（IAP）可通过片内引导装载程序软件来实现唯一的ID，每个芯片都有唯一的ID标识符，芯片保密性更强超低功耗，150uA/Mhz串行接口包括：-可产生小数波特率、具有调制解调器、内部FIFO和支持RS-485/EIA-485标准的UART-SSP控制器，带FIFO和多协议功能（仅在LQFP48和PLCC44封装中有两路SSP）-I2C总线接口，完全支持I2C总线规范和快速模式，数据速率为1Mbit/s，具有多个地址识别功能和监控多达42个通用I/O（GPIO）引脚，带可配置的上拉/下拉电阻-某些引脚支持20mA的高驱动电流-I2C总线引脚在FM+模式下可支持20mA的灌电流-4个通用定时器/计数器，共有4路捕获输入和13路匹配输出-可编程的看门狗定时器（WDT）-系统节拍定时器带有SWD调试功能，两线实现在线仿真，缩短开发周期具有三种低功耗模式：睡眠模式、深度睡眠模式和深度掉电模式10位ADC，在8个引脚中实现输入多路复用GPIO均可以配置为边沿或电平中断（最多42个外部中断）12MHz内部RC振荡器可调节到1﹪的精度，可将其选择为系统时LPC1100系列ARM是以Cortex-M0为内核，是为嵌入式系统应用而设计的高性能、低功耗的32位微处理器。

Cortex-M3寄存器等基础知识1.寄存器 CM3拥有R0~R15通⽤寄存器和⼀些特殊功能寄存器 R0~R12这些通⽤寄存器，复位初始值都是不可预料的2.CM3有R0到R15的通⽤寄存器组注：绝⼤部分的16位thumb只能访问R0到R7，⽽32位thumb-2可以访问全部寄存器3.特殊功能寄存器3.1程序状态寄存器组（应⽤程序PSR+中断号PSR+执⾏PSR）3.2中断屏蔽寄存器组：⽤于控制异常的除能和使能3.3控制寄存器：⽤于定义特权级别和当前使⽤哪个堆栈指针4.操作模式和特权级别：两种操作模式(处理器模式)：Handler模式和线程模式（⽤于区分异常服务例程的代码和普通程序的代码）两种特权等级：特权级和⽤户级（是指在硬件层⾯上对存储器访问权限的设置）注：CM3在运⾏主程序（即线程模式）可以使⽤特权级别和⽤户级别；但是异常服务例程（即handler模式）只能使⽤特权级别。

当处于线程+⽤户模式时⼀些访问权限将被禁⽌将代码区分成⽤户级和特权级，有利于程序架构的稳定，如某⼀个⽤户代码出问题，不会使其成为害群之狗，因为⽤户级别的代码是禁⽌对⼀些要害寄存器操作的。

5.异常处理5.1CONTROL[0]=0;5.2CONTROL[0]=1;CONTROL[0]只有在特权级别下可以访问，若在⽤户级别想访问先通过"系统服务呼叫指令（SVC）"来触发SVC异常，然后在该异常的服务例程中可以修改CONTROL[0]。

6.下⾯是各操作模式的转换7.异常和中断可以有11个系统异常和最多240个外部中断（IRQ），具体芯⽚使⽤了多少要看芯⽚制造⼚商。

　作为中断功能的强化，NVIC 还有⼀条NMI输⼊信号线，具体做什么由芯⽚制造商决定，NMI（not masked interrupted）8.向量表：当⼀个异常被CM3内核接受。

对应的异常Handler就会执⾏，向量表⽤来决定Handler的⼊⼝地址。

ARMCortex-M3学习笔记最近在学ARM Cortex-M3，找了本号称很经典的书“An Definitive Guide to The ARM Cortex-M3”在看。

这个系列学习笔记其实就是在学习这本书的过程中做的读书笔记。

第一章简介这一章的内容主要是介绍Cortex-M3内核是如何的强悍。

还顺带着介绍了ARM系列的发展历史和路线。

ARM公司成立于1990年，ARM公司是Advanced RISC Machines Ltd.的缩写，当然ARM就是Advanced RISC Machines的缩写了，ARM 公司是由Apple，Acorn和VLSI三家共同出资创建的。

ARM 处理器内核的发展可以用一张图来说明：图 1 ARM处理器内核的发展从上图中可以看到，ARM 7 系列是基于 v4 内核的，ARM9系列是基于v5内核的，ARM11是基于v6内核的，而Cortex 系列则是基于v7内核的。

指令集的演化可以用下图来描述：图 2指令集演进图Cortex-M3 采用Thumb-2指令集，不支持ARM指令集，对Thumb-2指令集其实也只是部分的支持，有很少一部分Thumb-2指令是不支持的。

由于不支持ARM指令集，也就没有了处理器状态在Thumb和ARM之间来回的切换，省去了很多麻烦。

第二章 Cortex-M3 概述Cortex M3 内核的组成可以用一张简图来表示：图 3 Cortex-M3内核简图内核寄存器组包括R0-R15，R0-R12是通用寄存器，部分Thumb 指令只能访问R0-R7。

R13是堆栈指针，实际上有两个，一个是主堆栈指针（MSP）另一个是进程堆栈指针（PSP），堆栈要求4字节对齐。

R14存放程序的返回地址。

R15是PC，记录程序当前的执行地址。

特殊功能寄存器包括：程序状态字寄存器组（PSRs）中断屏蔽寄存器组（PRIMASK, FAULTMASK, BASEPRI）控制寄存器（CONTROL）运行模式和特权级别两种运行模式：handler mode和thread mode。

stm32启动⽂件和汇编指令简析
以stm32fxxxx为例
⼀、启动⽂件，startup_stm32f40_41xxx.S
1.定义：启动⽂件由汇编填写，是系统上电复位后第⼀个执⾏的程序。

2.特征
（1）初始化堆栈指针SP=_initial_sp
（2）初始化PC指针=Reset_Handler
（3）初始化中断向量表。

（4）配置系统时钟。

（5）调⽤c库函数_main初始化⽤户堆栈，从⽽最终调⽤main函数去到c的内容。

⼆、汇编指令
启动⽂件使⽤ARM汇编指令汇总
EQU 给数字常量取⼀个符号名，相当于c语⾔define。

AREA 汇编⼀个新的代码段或数据段。

SPACE 分配内存空间。

PRESERVE8 当前⽂件堆栈需按照8字节对齐。

EXPORT 声明⼀个标号具有全局性，可被外部⽂件使⽤。

DCD 以字为单位分配内存，要求4字节对齐，并要求初始化这些内存。

PROC 定义⼦程序，与ENDP成对使⽤，表⽰⼦程序结束。

WEAK 弱定义，如果外部⽂件声明⼀个标号，则优先使⽤外部⽂件定义的标号，如果外部⽂件没有定义也不会出错。

要注意这个不是ARM 指令，是编译器的。

IMPORT 声明标号来⾃外部⽂件，跟c语⾔EXTERN关键字类似。

B 跳转到⼀个标志号。

ARMCORTEX-M3指令集名字功能ADC带进位加法ADD加法AND 按位与（原文为逻辑与，有误——译注）。

这里的按位与和C 的”&” 功能相同ASR算术右移BIC 按位清0（把一个数跟另一个无符号数的反码按位与）CMN 负向比较（把一个数跟另一个数据的二进制补码相比较）CMP比较（比较两个数并且更新标志）CPY把一个寄存器的值拷贝到另一个寄存器中EOR近位异或LSL 逻辑左移（如无其它说明，所有移位操作都可以一次移动最多 31格——译注）LSR逻辑右移MOV 寄存器加载数据，既能用于寄存器间的传输，也能用于加载立即数MUL乘法MVN加载一个数的 NOT 值（取到逻辑反的值）NEG取二进制补码ORR按位或（原文为逻辑或，有误——译注）ROR圆圈右移SBC带借位的减法SUB减法TST 测试（执行按位与操作，并且根据结果更新 Z ）REV在一个32位寄存器中反转字节序REVH 把一个32位寄存器分成两个16位数，在每个16位数中反转字节序REVSH 把一个32位寄存器的低 16位半字进行字节反转，然后带符号扩展到 32位SXTB带符号扩展一个字节到 32位SXTH带符号扩展一个半字到 32位UXTB无符号扩展一个字节到 32位UXTH无符号扩展一个半字到 32位16位转移指令B无条件转移B条件转移BL 转移并连接。

用于呼叫一个子程序，返回地址被存储在 LR 中BLX #im使用立即数的BLX不要在CM3 中使用CBZ 比较，如果结果为 0 就转移（只能跳到后面的指令——译注）CBNZ 比较，如果结果非0 就转移（只能跳到后面的指令——译注）ARM CORTEX M3指令集16位数据操作指令IT If - Then16位存储器数据传送指令LDR从存储器中加载字到一个寄存器中LDRH从存储器中加载半字到一个寄存器中LDRB从存储器中加载字节到一个寄存器中LDRSH 从存储器中加载半字，再经过带符号扩展后存储一个寄存器中LDRSB 从存储器中加载字节，再经过带符号扩展后存储一个寄存器中STR把一个寄存器按字存储到存储器中STRH 把一个寄存器存器的低半字存储到存储器中STRB把一个寄存器的低字节存储到存储器中LDMIA 加载多个字，并且在加载后自增基址寄存器STMIA 存储多个字，并且在存储后自增基址寄存器PUSH压入多个寄存器到栈中POP从栈中弹出多个值到寄存器中其它16位指令名字功能SVC系统服务调用BKPT 断点指令。

转。

在<<STM32不完全手册里面>>，用的是STM32F103RBT6，所有的例程都采用了一个叫STM32F10x.s的启动文件，里面定义了STM32的堆栈大小以及各种中断的名字及入口函数名称，还有启动相关的汇编代码。

STM32F10x.s是MDK提供的启动代码，从其里面的内容看来，它只定义了3个串口，4个定时器。

实际上STM32的系列产品有5个串口的型号，也只有有2个串口的型号，定时器也是，做多的有8个定时器。

比如，如果你用的STM32F103ZET6，而启动文件用的是STM32F10x.s的话，你可以正常使用串口1~3的中断，而串口4和5的中断，则无**常使用。

又比如，你TIM1~4的中断可以正常使用，而5~8的，则无法使用。

而在固件库里出现3个文件startup_stm32f10x_ld.sstartup_stm32f10x_md.sstartup_stm32f10x_hd.s其中，ld.s适用于小容量产品；md.s适用于中等容量产品；hd适用于大容量产品；这里的容量是指FLASH的大小.判断方法如下：小容量：FLASH≤32K中容量：64K≤FLASH≤128K大容量：256K≤FLASH;******************** (C) COPYRIGHT 2011 STMicroelectronics ******************** ;* File Name : startup_stm32f10x_hd.s;* Author : MCD Application Team;* Version : V3.5.0;* Date : 11-March-2011;* Description : STM32F10x High Density Devices vector table for MDK-ARM ;* toolchain.;* This module performs:;* - Set the initial SP;* - Set the initial PC == Reset_Handler;* - Set the vector table entries with the exceptions ISR address;* - Configure the clock system and also configure the external;* SRAM mounted on STM3210E-EVAL board to be used as data ;* memory (optional, to be enabled by user);* - Branches to __main in the C library (which eventually;* calls main()).;* After Reset the CortexM3 processor is in Thread mode,;* priority is Privileged, and the Stack is set to Main.;* 说明: 此文件为STM32F10x高密度设备的MDK工具链的启动文件;* 该模块执行以下操作:;* -设置初始堆栈指针（SP）;* -设置初始程序计数器（PC）为复位向量，并在执行main函数前初始化系统时钟;* -设置向量表入口为异常事件的入口地址;* -复位之后处理器为线程模式，优先级为特权级，堆栈设置为MSP主堆栈;* <<< Use Configuration Wizard in Context Menu >>>; 首先对栈和堆的大小进行定义，并在代码区的起始处建立中断向量表，其第一个表项是栈; 顶地址，第二个表项是复位中断服务入口地址。

ARM 内核寄存器和基本汇编语言讲解•一、ARM内核寄存器▪ 1.1 M3/M4内核寄存器▪ 1.2 A7内核寄存器▪ 1.3 ARM中的PC指针的值•二、ARM汇编语言▪ 2.1 ARM汇编基础▪ 2.2 汇编伪指令▪ 2.3 ARM汇编指令集•三、代码反汇编简析▪ 3.1 不同编译器的反汇编▪ 3.2 C 和汇编比较分析开头直接来看几个简单的汇编指令：MOV R0，R1MOV PC，R14上面的指令中使用了汇编MOV指令，但是其中的R0，R1，R14，PC分别是什么？哪来的？怎么用？要讲ARM 汇编语言，必须得先了解ARM的内核寄存器，内核处理所有的指令计算，都需要用到内核寄存器，所以ARM汇编里面指令大都是基于寄存器的操作。

文章前推荐韦东山老师的单片机核心视频，视频可以在韦东山老师官网里面找到：百问网ARM版本简单介绍：对于M3/M4而言：R13，栈指针(Stack Pointer)•R13寄存器中存放的是栈顶指针，M3/M4 的栈是向下生长的，入栈的时候地址是往下减少的。

•裸机程序不会用到PSP，只用到MSP，需要运行RTOS的时候才会用到PSP。

•堆栈主要是通过POP，PUSH指令来进行操作。

在执行PUSH 和 POP 操作时， SP 的地址寄存器，会自动调整。

R14 ，连接寄存器(Link Register)•LR 用于在调用子程序时存储返回地址。

例如，在使用BL(分支并连接，Branch and Link)指令时，就自动填充 LR 的值(执行函数调用的下一指令)，进而在函数退出时，正确返回并执行下一指令。

如果函数中又调用了其他函数，那么LR将会被覆盖，所以需要先将LR寄存器入栈。

•保存子程序返回地址。

使用BL或BLX时，跳转指令自动把返回地址放入r14中；子程序通过把r14复制到PC来实现返回•当异常发生时，异常模式的r14用来保存异常返回地址，将r14如栈可以处理嵌套中断R15，程序计数器(Program Count)•在Cortex-M3中指令是3级流水线，出于对Thumb代码的兼容的考虑，读取pc时，会返回当前指令地址+4的值。

本文通过对STM32的官方固件库STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.5.0里的MDK启动文件分析，简化部分不需要的代码，并从繁杂的固件库里，精炼出一个类似于“hello world”的入门实战小程序——点亮一个LED。

该工程仅仅包含一个启动文件和一个有main函数的C文件。

本文初衷：不用固件库建立自己的工程！实验软件：Keil uVision4实验硬件：神舟IV号开发板芯片型号：STM32F107VCSTM32启动代码分析、简化、实战汇编基础：1.伪指令：EQU语法格式：名称EQU表达式｛，类型｝EQU伪指令用于为程序中的常量、标号等定义一个等效的字符名称，类似于C语言的#define。

其中EQU可以用“*”代替。

名称为EQU伪指令定义的字符名称，当表达式为32位的常量时，可以指定表达式的数据类型，可以有一下三种类型：CODE16、CODE32和DA TA2.伪指令：AREA语法格式：AREA段名{，属性1}{，属性2}……AREA命令指示汇编程序汇编一个新的代码段或数据段。

段是独立的、指定的、不可见的代码或数据块，它们由链接程序处理。

段名：可以为段选择任何段名。

但是，以一个数字开始的名称必须包含在竖杠号内，否则会产生一个缺失段名错误。

例如，|1_DataArea|。

有些名称是习惯性的名称。

例如：|.text|用于表示由C编译程序产生的代码段，或用于以某种方式与C库关联的代码段。

属性字段表示该代码段（或数据段）的相关属性，多个属性用逗号分隔。

常用的属性如下：——CODE属性：用于定义代码段，默认为READONLY。

——DA TA属性：用于定义数据段，默认为READWRITE。

——READONLY属性：指定本段为只读，代码段默认为READONLY。

——READWRITE属性：指定本段为可读可写，数据段的默认属性为READWRITE。

——ALIGN属性：使用方式为ALIGN表达式。

STM32学习之路⼊门篇之指令集及cortex——m3的存储系统⼀、汇编语⾔基础⼀）、汇编语⾔：基本语法1、汇编指令最典型的书写模式：标号操作码操作数1，操作数2，... ；注释1）、标号是可选的，如果有，它必须顶格写。

标号的作⽤是让汇编器来计算程序转移的地址。

2）、操作码是指令的助记符，它的前⾯必须有⾄少⼀个空⽩符，通常使⽤提个Tab键来产⽣。

3）、操作码后⾯往往跟若⼲个操作数，⽽第⼀个操作数，通常都给出本指令执⾏结果的存储地。

不同指令需要不同数⽬的操作数，并且对操作数的语法要求也可以不同。

4）、注释均以;开头，它的有⽆不影响汇编操作，只是给程序员看的，让程序员更加可以理解代码。

2、可以使⽤EQU指⽰⼦来定义常数，也可以使⽤DCB来定义⼀串字节常数——允许以字符串的形式表达，还可以使⽤DCD来定义⼀串32位整数。

3、如果汇编器不能识别某些特殊指令的助记符，就需要“⼿⼯汇编”，查出该指令的确切⼆进制机器码，然后使⽤DCI编译器指⽰器。

4、不同汇编器的指⽰字和语法都可以不同。

以上以ARM汇编器说明，如使⽤其他汇编器，细看说明和实例代码。

⼆）、汇编语⾔：后缀的使⽤1、在ARM处理器中，指令可以带有后缀的：2、在Cortex-CM3中，对条件后缀的使⽤有限制，只有转移指令（B指令）才可以随意使⽤。

⽽对于其他指令，Cortex-CM3引⼊IF-THEN 模块，在这个块中才可以加后缀，且必须加后缀。

三）、汇编语⾔：统⼀的汇编语⾔1、为了有⼒⽀持Thumb-2，引⼊了⼀个“统⼀汇编语⾔（UAL）”语法机制。

对于16位指令和32位指令均能实现⼀些操作，有时虽然指令的实际操作数不同，或者对⽴即数的长度有不同的限制，但是汇编器允许开发者以相同的语法格式编写，并且由汇编器来决定使⽤16位指令还是32位指令。

2、如果使⽤了传统的Thumb语法有些指令会默认更新APSR，即使你没有加上S后缀。

如果使⽤UAL语法，则必须使⽤S后缀才能更新。