第7章 ARM程序和Thumb程序混合使用

1、第第7章章 ARM程序和程序和Thumb程序程序 交互使用交互使用 Assemble Language of ARM2 交互需求 oThumb的代码密度和在窄存储器上性能 ，使得它用在很多有大 量C代码的系统上比较理想. 然而在很多应用中还是需要在 ARM/Thumb 两种状态之间切换: n在宽的存储器上 ARM 代码能提供很好的性能 o 在一个应用中，速度关键的部分用ARM代码实现是不错的 n一些函数只能用 ARM 指令实现， e.g. o 存取 CPSR (使能/禁止中断和状态的改变) o 操作协处理器 n异常处理 o 异常处理时自动进入 ARM 状态，但系统要求主程序用 Thumb 代码

2、实现 n独立的 Thumb 程序也需要一个ARM 的汇编程序头来切换，并 调用Thumb 程序 Assemble Language of ARM3 o 可以实现程序状态切换的指令 n BLX, BX n LDR, LDM, POP Assemble Language of ARM4 交互指令 o 交互的实现采用跳转交换指令(BX) n在Thumb状态 BX Rn n在ARM状态 (支持Thumb的内核) BX Rn 其中Rn可以是 (r0r15)中的任何一个. o 这将通过拷贝 Rn 到 PC 来实现在 4GB 空间内 的一个绝对跳转. o 其中Rn 的 Bit-0 表明切换到何种状态. As

3、semble Language of ARM5 状态切换 Rn 31 01 0/1 ARM / Thumb 选择位选择位 0 - ARM state 1 - Thumb state 目的地址目的地址 BX 3101 PC Assemble Language of ARM6 o 与程序状态切换相关的伪操作 n CODE16伪操作 n CODE32伪操作 Assemble Language of ARM7 分支交换示例 CODE32; Start off in ARM state ADR r0,Into_Thumb+1 ; Generate branch target address and se

4、t ; bit 0, hence arrive in Thumb state. BX r0; Branch exchange to Thumb state. : CODE16; Assemble subsequent code as Thumb. Into_Thumb : ADR r5, Back_to_ARM ; Generate branch target to word aligned ; address - hence bit 0 is clear. BX r5; Branch exchange back to ARM state. : CODE32; Assemble subsequ

5、ent code as ARM. Back_to_ARM : Assemble Language of ARM8 无交互子程序 o实现一个通常的子程序调用需要如下两步: n保存返回地址到寄存器(LR) n跳转到对应的子程序地址 o调用实现通常只需要一个指令: BL func2 o返回实现通常只需从 LR 恢复 PC: MOV pc,lr . . BL func2 . . : MOV pc,lr func1func2 void func1 (void) : func2(); : Assemble Language of ARM9 混合的ARM/Thumb子程序 o在使用 C / C+ 写程序时，

6、可以自由的编译为 ARM ( 使用 armcc/armcpp) 或 Thumb ( 使用tcc/tcpp). n需要一些编译方法来解决在一种状态下的函数调用另一种状态下的 函数的问题. o涉及到的问题: n BL 不能完成状态切换 o需要使用 BX 切换 n BX 不能自动保存返回地址到 LR o需要其它方法来解决这个问题, BLX指令的引入 (ARM7不支持) n 从子程序返回，要使用 BX LR 以便返回先前的状态 oBL 在 Thumb 状态下可能设置了 LR 的 lsb (bit-0) o不能使用 MOV PC,LR 返回，因为不能实现状态切换 Assemble Language of

7、 ARM10 交互子程序 o任何包含使用交互调用函数的 C 模块的编译必须使用 -apcs /interwork 命令行选项. n编译器将使用 BX 实现函数返回来替代 MOV PC,LR. o连接器生成一小段代码(veneers)来改变状态 n当发现交互调用时自动加入目标文件 n使用 armlink -info veneers 可以看到加入的“ veneers” 的大小。 : BL : : BX : BX func1func2 连接程序生成连接程序生成 veneer (compiled for interworking) Assemble Language of ARM11 ARM 4T架构

8、对交互编译的影响 o leaf function使用 BX 返回. oNon_leaf function将被交互编译: n在入口处( 调用 BL 之前)压栈保护返回地址 n在入口处保护所有函数使用的寄存器 n使用 BX 实现返回操作 (替代弹出 PC). C 源代码 armcc -apcs /interwork tcc -apcs /interwork void func(void) func func STMFD sp!,r4-r11,lr PUSH r4-r7,lr : : : sub(); BL sub BL sub : : : : LDMFD sp!,r4-r11,lr POP r4-

9、r7 BX lr POP r3 BX r3 Assemble Language of ARM12 汇编程序交互工作和Veneers o连接程序将会自动加入ARM / Thumb交互 veneers到汇编源代码. o主调程序需要: n使用 armasm -apcs /interwork 汇编汇编 n导出自己的符号, e.g. EXPORT ThumbSub n使用 BX 实现返回 o主调程序使用 BL 指令调用子程序. oNote: AREA 将包含: AREA Thumb,CODE,READONLY,INTERWORK 如果如此， armasm 将警告: INTERWORK area dire

10、ctive is obsolete. Continuing as if -apcs /inter selected. Assemble Language of ARM13 ; armasm arm.s AREA ARM,CODE,READONLY IMPORT ThumbSub ENTRY CODE32 ARMProg MOVr0, #1 BLThumbSub;call Thumb subroutine MOVr0, #0 x18 LDRr1, =0 x20026 SWI 0 x123456;ARM semihosting SWI END ; armasm thumb.s -apcs /int

11、erwork AREA Thumb,CODE,READONLY EXPORT ThumbSub CODE16 ThumbSub MOVr1, #2 BXlr;return to caller END 汇编程序交互工作 (1) Assemble Language of ARM14 汇编程序交互工作 (2) o使用Debugger反汇编代码: ARMProg 0 x00008080: 0 xe3a00001 : mov r0,#1 0 x00008084: 0 xeb000004 : bl 0 x809c ; ThumbSub+0 x4 0 x00008088: 0 xe3a00018 : mov

12、 r0,#0 x18 0 x0000808c: 0 xe59f1000 : ldr r1,0 x8094 ; =#0 x00020026 0 x00008090: 0 xef123456 : swi 0 x123456 0 x00008094: 0 x00020026 : Literal Pool Value ThumbSub 0 x00008098: 0 x2102 : mov r1,#2 0 x0000809a: 0 x4770 : bx lr o交互veeners在下一个字的边界 0 x0000809c: 0 xe59fc000 : ldr r12,0 x80a4 ; =#ThumbSub+0 x1 0 x000080a0: 0 xe12fff1c : bx r12 0 x000080a4: 0 x00008099 : Literal Pool Value Assemble Language of ARM15 C / 汇编使用 Veneers交互工作 o运行在一种状态下的 C 代码可能调用运行在另一种状态下的汇编程序，反之 亦然。 o这时的 veneers 由连接程序自动生成。 o如果主调函数是