嵌入式系統/ARM 微處理器

ARM 架構是一種廣泛使用的 32 位 RISC 處理器架構。事實上，ARM 系列約佔所有 32 位 CPU 的 75%，約佔所有嵌入式 32 位 CPU 的 90%。ARM 有限公司將幾個流行的微處理器核心授權給許多供應商（ARM 不出售物理微處理器）。最初，ARM 代表高階精簡指令集機器。

ARM 提供的一些核心

• ARM7TDMI
• ARM9
• ARM11

一些基於 ARM 的處理器的示例

• 英特爾 X-Scale（PXA-255 和 PXA-270），用於 Palm PDA
• 飛利浦 LPC2000 系列 (ARM7TDMI-S 核心)，LPC3000 系列 (ARM9 核心)
• Atmel AT91SAM7 (ARM7TDMI 核心)
• 意法半導體 STR710 (ARM7TDMI 核心)
• 飛思卡爾 MCIMX27 系列 (ARM9 核心)

最便宜的 ARM 處理器（LPC2000 系列）的價格已降至 5 美元以下，低於許多 16 位和 8 位微處理器的價格。

Thumb 呼叫約定

在 ARM Thumb 程式碼中，16 個暫存器 r0 - r15 通常在所有 ARM 程式碼中具有相同的角色

• r0 - r3，稱為 a1 - a4：引數/臨時/結果暫存器。
• r4 - r9，稱為 v1 - v6：變數
• r10，稱為 sl：堆疊限制
• r11，稱為 fp：幀指標（通常在 Thumb 程式碼中不使用）
• r12，稱為 ip
• r13，稱為 sp：堆疊指標
• r14，稱為 lr：連結暫存器
• r15，稱為 pc：程式計數器

ARM Thumb 的標準 C 呼叫約定是：

子程式保留暫存器

當返回地址放置在 pc (r15) 中時，從子程式返回時，sp、fp、sl 和 v1-v6 暫存器必須包含與呼叫子程式時相同的

堆疊

每個執行環境都對堆疊在記憶體中下降的範圍有限制——“最小 sp”。

為了讓中斷（可能在任何時候發生）有空間工作，在任何時刻，sp 和“最小 sp”之間的記憶體必須不包含對正在執行的程式

應用程式及其庫支援程式碼負責檢測和處理堆疊溢位的系統稱為“顯式堆疊限制”。在這樣的系統中，sl 暫存器必須始終

呼叫者保留暫存器

子程式可以隨意覆蓋 a1-a4、ip 和 lr。

返回值

如果子程式返回一個不超過一個字的簡單值，則該值必須在 a1 (r0) 中。

如果子程式返回一個簡單的浮點值，則該值編碼在 a1 中；或者 {a1, a2} 中；或者 {a1, a2, a3} 中，以

典型子程式

Thumb 函式最簡單的入口和退出序列是：

an_example_Thumb_subroutine:
    PUSH {save-registers, lr} ; one-line entry sequence
    ; ... first part of function ...
    BL subroutine_name 	;Must be in a space of +/- 4 MB 
    ; ... rest of function goes here, perhaps including other function calls
    ; ...
    POP {save-registers, pc} ; one-line exit sequence

ARM 呼叫約定

ARM 的標準 C 呼叫約定由 ARM PLC 詳細說明。

32 位 ARM 函式最簡單的入口和退出序列與 Thumb 函式非常相似：

an_example_ARM32_subroutine:
    PUSH {r4-r11, lr} ; one-line function prologue
    ; ... first part of function ...
    BL subroutine_name 	;Must be in a space of +/- 4 MB 
    ; ... rest of function goes here, perhaps including other function calls
    ; ...
    POP {r4-r11, pc} ; one-line exit sequence (function epilogue)

使用相同指令的備用助記符，

an_example_ARM32_subroutine:
    ; Push the return address (in LR) and the work registers
    ; "store multiple registers, full descending"
    STMFD sp!,{r4-r11, lr} ; aka PUSH {r4-r11, lr}
    ; (A "sp" alone would leave the stack pointer unchanged.
    ; We must use "sp!" to update the stack pointer appropriately.)
    ; ... first part of function ...
    BL subroutine_name 	;Must be in a space of +/- 4 MB 
    ; ... rest of function goes here, perhaps including other function calls
    ; ...
    ; Pop the return address (into PC) and the work registers
    ; and return automatically.    
    ; "load multiple registers, full descending"
    LDMFD sp!,{r4-r11, pc} ; aka POP {r4-r11, pc}

BL（分支並連結）指令將返回地址儲存在連結暫存器 LR（r14）中，並將程式計數器 PC（r15）載入到子程式地址。典型

子程式保留暫存器

通常，r4-r11 用於儲存當前正在執行的例程的區域性變數。

暫存器 r4-r11 是“子程式保留暫存器”——當子程式將返回地址放置在 pc (r15) 中時，從子程式返回時，暫存器 r4-r11

典型的子程式（如上所示）會立即將這些暫存器的值壓入堆疊。這釋放了 r4-r11 以儲存當前正在執行的子程式的區域性

最佳化的 ARM 編譯器會儲存和恢復 r4-r11 和 r14（如果有）的精確子集，這些子集實際上被該子程式修改了，因為儲存和

臨時暫存器

子程式可以隨意覆蓋 r0-r3、r12 和連結暫存器 lr (r14)。

前四個暫存器 r0-r3 用於將引數值傳遞給子程式，並從函式返回結果值。

混合 ARM32 和 Thumb 呼叫

使用 BL 指令可以輕鬆進行正常的函式呼叫。一個人輸入

    BL destination_subroutine

彙編器和連結器會自動執行“正確的事情” - 插入適當的（32 位長）ARM32 BL 指令用於 ARM32 到 ARM32 或 ARM32 到 Thumb 的呼叫，或插入適當的（32 位長） Thumb BL 指令用於 Thumb 到 Thumb 或 Thumb 到 ARM32 的指令。

（一些混合呼叫和一些長分支需要連結器插入程式碼，用臨時值覆蓋 scratch register r12。 連結器究竟是如何做到的可能會令人困惑，尤其是在混合使用 BX 和 BLX 指令時。）

進一步閱讀

• 嵌入式系統/組合語言
• Embedded_Systems/Mixed_C_and_Assembly_Programming#ARM
• ARM 微控制器維基
• "ARM 概述" 位於 OS Dev 維基
• ARM 組合語言速覽
• GCC ARM 改進專案 位於塞格德大學
• ARM Linux 專案：適用於所有基於 ARM 的機器的 Linux
• ARM
• ARM 開發人員討論論壇
• ARM Cortex-M3 技術參考手冊
• ARM 彙編器 由 Richard Murray 提供