Transcript 第 3 章 程序设计基础 - 哈尔滨理工大学精品

第 3 章 程序设计基础
GNU集成编译环境GCC(GNU Compiler
Collection)是一种面向嵌入式领域、支持多种
编程语言、支持多种CPU的交叉编译工具。
本章主要介绍：

GCC编译过程

C/C++交叉编译器arm-elf-gcc

交叉汇编器 arm-elf-as

交叉连接器arm-elf-l d

工程管理器make

汇编语言编程

混合编程
3.1 GNU GCC简介
GNU GCC是一套面向嵌入式领
域的交叉编译工具，支持多种编程语
言、多种优化选项并且能够支持分步
编译、支持多种反汇编方式、支持多
种调试信息格式，目前支持X86、
ARM7、StrongARM、PPC4XX、
MPC8XX、MIPS R3000等多种CPU。
GNU GCC的基本功能包括：
输出预处理后的C/C++源程序（展开头
文件和替换宏）
输出C/C++源程序的汇编代码
输出二进制目标文件
生成静态库
生成可执行程序
转换文件格式
3.1.1 GCC 组成
1. C/C++交叉编译器arm-elf-gcc
arm-elf-gcc是编译的前端程序，它通过调
用其他程序来实现将程序源文件编译成目标文件
的功能。
编译时，它首先调用预处理程序(cpp)对输
入的源程序进行处理，然后调用 cc1 将预处理后
的程序编译成汇编代码，最后由arm-elf-as将汇
编代码编译成目标代码。
arm-elf-gcc具有丰富的命令选项，可以控
制编译的各个阶段，满足用户的各种编译需求。
2. 汇编器 arm-elf-as
arm-elf-as将汇编语言程序转换为
ELF (Executable and Linking Format，
执行时链接文件格式)格式的可重定位目
标代码，这些目标代码同其它目标模块或
函数库易于定位和链接。
arm-elf-as产生一个交叉参考表和一
个标准的符号表，产生的代码和数据能够
放在多个区 (Section)中。
3. 连接器arm-elf-ld
arm-elf-ld根据链接定位文件Linkcmds
中的代码区、数据区、BSS区和栈区等定位
信息，将可重定位的目标模块链接成一个单
一的、绝对定位的目标程序。
该目标程序是ELF格式，并且可以包含
调试信息。
arm-elf-ld会产生一个内存映象文件
Map.txt,该文件显示所有目标模块、区和符
号的绝对定位地址。
它也产生交叉参考列表，显示参考每个
全局符号的目标模块。
arm-elf-ld支持将多个目标模块链接成一
个单一的、绝对定位的目标程序，也能够依此
对目标模块进行链接，这个特性称为增量链接
(Incremental Linking)。
假如输入文件是一个函数库，arm-elf-ld
会自动从函数库装载被其它目标模块参考的函
数模块。
arm-elf-ld与其它链接程序相比，能提供
更有帮助的诊断信息。许多链接器遇到第一个
错误即放弃链接，而arm-elf-ld只要有可能都
继续执行，帮助用户识别其它错误，有时甚至
能获得输出代码。
4. 库管理器arm-elf-ar
arm-elf-ar将多个可重定位的目标模块
归档为一个函数库文件。
采用函数库文件，应用程序能够从该文
件中自动装载要参考的函数模块，同时将应
用程序中频繁调用的函数放入函数库文件中，
易于应用程序的开发管理。
arm-elf-ar支持ELF格式的函数库文件.
5. 工程管理器MAKE
Make是用于自动编译、链接程序的实用
工具,使用make后就不需要手工的编译每个程
序文件。要使用make,首先要编写makefile。
Makefile描述程序文件之间的依赖关系，
并提供更新文件的命令。在一个程序中，可执
行文件依赖于目标文件,而目标文件依赖于源文
件。如果makefile文件存在,每次修改完源程序
后，用户通常所需要做的事情就是在命令行敲
入“make”,然后所有的事情都由make来完成。
6. 其他实用程序
目标文件格式转换工具arm-elfobjcopy支持的文件格式有H-record、
S-record、ABS、BIN、COFF、ELF。
例如，它能够将ELF格式文件转换为其
它格式的文件，如intel H-record格式、
Motorola S-record等。arm-elf-nm程
序用于显示文件中的符号信息。
3.1.2 GCC编译程序的基本过程
GCC编译程序的基本过程如下：
arm-elf-gcc根据输入文件的后缀来确定
文件的类型，然后根据用户的编译选项（包括
优化选项、调试信息选项等）将其编译成相应
的汇编临时文件（后缀为.s）；
arm-elf-as将该汇编文件编译成目标文件
（后缀为.o）；
arm-elf-ld 根据用户的链接选项（包括指
定链接命令文件等）将目标文件和各种库链接
起来生成可执行文件。
图3-1展示了该编译过程：
3.2 C/C++交叉编译器arm-elf-gcc
3.2.1 概述
arm-elf-gcc是编译的前端程序，它通过调用其
他程序来实现将程序源文件编译成目标文件。

编译时它首先调用预处理程序(cpp)对输入的源
程序进行处理;

然后调用cc1将预处理后的程序编译成汇编代码;

最后由arm-elf-as将汇编代码编译成目标代码。
arm-elf-gcc具有丰富的命令选项，控制编译的
各个阶段，满足用户的各种编译需求
1.命令格式
arm-elf-gcc [options] file…
在命令arm-elf-gcc后面跟一个或
多个选项，选项间用空格隔开，然后跟
一个或多个目标文件。
例如，将test.c 编译成目标文件
test.o 并且生成调试信息：
arm-elf-gcc –g –c –o test.o
test.c
2.命令选项列表
输出控制选项：
-c
将输入的源文件编译成目标文件
-S
将C/C++文件生成汇编文件
-o file 将输出内容存于文件file
-pipe 在编译的不同阶段之间采用管道通讯方式
-v
打印出编译过程中执行的命令
-x language 说明文件的输入类型为language
C语言选项：
-ansi
支持所有ANSI C程序
警告选项：

-w
关闭所有警告

-Wall
打开所有警告

-Wimplicit 如果有隐含申明，显示警告信息

-Wno-implicit 不显示对隐含申明的警告
调试选项：
-g 在文件中产生调试信息(调试信息的文件
格式有stabs、COFF、XCOFF、DWARF)








优化选项：
-O0
不优化
-O1
一级优化
-O2
二级优化
-O3
三级优化
预处理选项：
-E
运行C的预处理器
-C
在运用-E进行预处理时不去掉注释
-D macro
定义宏macro为1
-D macro=defn 定义宏macro为defn
汇编选项：
-Wa，option
给汇编器
将选项option传递
搜索路径选项：
-I dir
设置搜索路径为dir
-I指定只对 #include "file",有
效的头文件搜索目录
3. 源文件类型的识别










arm-elf-gcc能够自动根据文件名后缀识别文件类型.
文件名后缀和文件类型的对应关系如下：
*.c
——C源文件
*.i
——经过预处理后的C源文件
*.h
——C头文件
*.ii
——经过预处理后的C++源文件
*.cc ——C++源文件
*.cxx ——C++源文件
*.cpp ——C++源文件
*.C
——C++源文件
*.s
——不需要预处理的汇编文件
*.S
——需要预处理的汇编文件
此外，用户可通过-x language说明文件的输入类
型，此时可以不用以上的后缀规则。
-x language
其中的language可为：

c
——C源文件

c++
——C++源文件

c-header
——C头文件

cpp-output ——经过预处理后的C源文件

c++-cpp-output ——经过预处理后的C++源文件

assembler ——不需要预处理的汇编文件

assembler-with-cpp ——需要预处理的汇编文件
例如，编译一个不需要预处理的C程序：
arm-elf-gcc –c –g –x cpp-output test.c
-x none
如果-x后面未跟任何参数，则按照文件的后缀名做
相应处理。
3.2.2 命令使用
1.输出文件名的指定
-o file
将输出内容存于文件file，仅适用于
只有一个输出文件时。
例如，将test.c编译成汇编程序并存
放于文件test.txt：
arm-elf-gcc –S –o test.txt test.c
2.目标文件的生成
-c
将输入的源文件编译成目标文件。
例如，将test.c编译成test.o：
arm-elf-gcc –c –o test.o test.c
3．将C/C++文件生成汇编文件
-S
将C/C++文件生成汇编文件。
例如:
将test.c编译生成汇编文件test.s:
arm-elf-gcc –S –o test.s test.c
4.预处理文件的生成
-E
只对源文件进行预处理并且缺省输出到标准
输出。
例如，对test.c进行预处理并将结果输出到
屏幕：
arm-elf-gcc –E test.c
例如，对test.c进行预处理并将结果输出到
文件test.txt：
arm-elf-gcc –E –o test.txt test.c
5．设置头文件搜索路径
头文件的引用有两种形式：
一种是# include“filename”，
一种是# include <filename>。
前一种形式的路径搜索顺序是：当前目录、
指定的搜索路径；
后一种形式只搜索指定路径。
-I dir
将目录dir添加到头文件搜索目录列表的第
一项。
通过此选项可以使用户头文件先于系统头
文件被搜索到。
如果同时用-I选项添加几个目录，目录被搜
索时的优先级顺序为从左到右。
例如，编译test.c，在当前目录和/include
中搜索test.c所包含的头文件：
arm-elf-gcc –I ./ –I/include –c test.c
-I
-I-以前用-I指定的头文件搜索目录只对
# include“file” 有效，对 #
include<file> 无效；

-I-以后指定的头文件搜索目录对以上
两种形式的头文件都有效。
此外，-I-会禁止对当前目录的隐含搜
索，不过用户可以通过使用“-I.”使能对当
前目录的搜索。
例如:
在需要编译的test.c文件对头文件的引用有：
# include<file1.h>
# include“file2.h”
# include“file3.h”
其中，file1.h在目录 /include/test下，
file2.h在/include下，file3.h在当前目录下。

在以下命令行中，只能搜索到file2.h，而不
能搜索到file1.h：
arm-elf-gcc –I./include/test –I– –I./include –c
test.c
而在以下命令行中,可以搜索到需要的两个头
文件file1.h和file2.h:
arm-elf-gcc –I– –I./include –I./include/test –c test.c
如果要搜索到file3.h，必须要添加对当前目录的搜索:
arm-elf-gcc –I– –I. –I./include –I./include/test –c test.c
实质上，上述编译命令等价于:
arm-elf-gcc –I. –I./include –I./include/test –c test.c
与
arm-elf-gcc –I./include –I./include/test –c test.c
6．控制警告产生
用户可以使用以-W开头的不同选项对特定警告进行
设定。
对于每种警告类型都有相应以-Wno-开始的选项关闭
警告。
例如:

如果有隐含申明，显示警告信息：
arm-elf-gcc –c –Wimplicit test.c

不显示对隐含申明的警告：
arm-elf-gcc –c –Wno–implicit test.c
常用的警告选项有：

-w 关闭所有警告信息。

-Wall 打开所有警告信息。
7．实现优化
优化的主要目的是使编译生成的代码的
尺寸更小、运行速度更快。
但是在编译过程中随着优化级别的升高，
编译器会相应消耗更多时间和内存，而且优
化生成代码的执行顺序和源代码有一定出入，
因此优化选项更多地用于生成固化代码，而
不用于生成调试代码。
arm-elf-gcc支持多种优化选项，总体上划
分为三级优化：
1.
-O1 可以部分减小代码尺寸，对运行速度
有一定的提高。较多地使用了寄存器变量，提
高指令的并行度。
-O2 除了解循环、函数插装和静态变量优
化，几乎包含arm-elf-gcc所有优化选项。一般
在生成固化代码时使用该选项较为适宜。
2.
-O3 包含-O2的所有优化，并且还包含了
解循环、函数插装和静态变量优化。通常情况
下，该级优化生成的代码执行速度最快，但是
代码尺寸比-O2大一些。
3.
8．在命令行定义宏
-D macro
-D macro=defn
定义宏macro为1。
定义宏macro为defn。
例如:

编译test.c并且预定义宏 RUN_CACHE 值为
1: arm-elf-gcc –c –D RUN_CACHE test.c
编译test.c并且预定义宏 RUN_CACHE 值为
0: arm-elf-gcc –c –D RUN_CACHE=0 test.c

3.3 交叉连接器arm-elf-ld
3.3.1 概述
arm-elf-ld根据链接定位文件Linkcmds
中代码段、数据段、BSS段和堆栈段等定位
信息，将可重定位的目标模块链接成一个单
一的、绝对定位的目标程序，该目标程序是
ELF格式，并且可以包含调试信息。
arm-elf-ld可以输出一个内存映象文件，
该文件显示所有目标模块、段和符号的绝对
定位地址，它也产生目标模块对全局符号引
用的交叉参考列表。
arm-elf-ld支持将多个目标模块
链接成一个单一的、绝对定位的目
标程序，也能够依次对目标模块进
行链接，这个特性称为增量链接
（Incremental Linking）。
arm-elf-ld会自动从库中装载被
调用函数所在的模块。
1．命令格式
arm-elf-ld [option] file…
命令行后跟选项和可重定位的目标文件名。
例如:
链接的输入文件为demo.o，输出文件为
demo.elf，链接的库为libxxx.a，生成内存映象
文件map.txt，链接定位文件为linkcmds，则命
令如下：
arm-elf-ld -Map map.txt -T linkcmds L./lib –o demo.elf demo.o –lxxx
2．命令选项列表
-e
entry
-M
-lar
-L dir
-o
-Tcommandfile
-v
-Map
指定程序入口
输出链接信息
指定链接库
添加搜索路径
设置输出文件名
指定链接命令文件
显示版本信息
制定输出映像文件
3.3.2 命令使用
1．程序入口地址
-e entry
以符号entry作为程序执行的入口地址，而不从默认
的入口地址开始。默认入口地址的指定方式和其他指定
方式的描述，参见3.3.3节。
例如，链接的输入文件为demo.o，输出文件为
demo.elf，链接定位文件为linkcmds，将入口地址设为
_start，命令如下：
arm-elf-ld –T linkcmds –e _start –o demo.elf
demo.o
2．输出链接信息
-M
在标准端口打印出符号映象表和内存分布信
息。
例如：
链接的输入文件为demo.o,输出文件为
demo.elf,在标准端口打印出符号映象表和内存
分布信息，命令如下：
arm-elf-ld –M –o demo.elf demo.o
如果标准输出设置为显示器，运行命令后将
在显示器上显示内存映象信息和符号映象表。
-Map mapfile
将链接的符号映象表和内存分布信
息输出到文件mapfile里。
例如:
链接的输入文件为demo.o，输出文
件为demo.elf，将链接的符号映象表和
内存分布信息输出到文件map.txt里，命
令如下：
arm-elf-ld –Map map.txt –o demo.elf
demo.o
3．指定链接的库


-lar
指定库文件libar.a为链接的库。
可以重复使用-l来指定多个链接的库。
例如:
链接的输入文件为demo.o，指定libxxx.a为
链接的库，输出文件为demo.elf，命令如下：
arm-elf-ld –o demo.elf demo.o –lxxx
注意：库的命名规则为libxxx.a，在-l指定库
名时使用的格式为-lxxx。
4．添加库和脚本文件的搜索路径
-Ldir

将dir添加到搜索路径。

搜索顺序按照命令行中输入的顺序，并且
优先于默认的搜索路径。

所有在-L添加的目录中找到的-l指定的库都
有效。
例如:链接的输入文件为demo.o，输出文件
为demo.elf，将/lib添加到库的搜索路径，命令
如下：
arm-elf-ld -L./lib –o demo.elf demo.o
5．设置输出文件的名字
-o output
将输出文件名字设定为output。如果
不指定输出文件名，arm-elf-ld生成文件
名默认为a.out。
例如:
链接的输入文件为demo.o，输出文
件为demo.elf，命令如下：
arm-elf-ld –o demo.elf demo.o
3.3.3 linkcmds连接命令文件
arm-elf-ld的命令语言是一种描述性的脚本
语言，它主要应用于控制:有哪些输入文件、文
件的格式怎样、输出文件中的模块怎样布局、
分段的地址空间怎样分布、以及未初始化的数
据段怎样处理等。
用命令语言写成的文件(通常称为linkcmds)
具有可重用性,不必每次在命令行输入一大堆命
令选项.并且对于不同的应用,只需对linkcmds
进行简单的修改就可以使用。
1．调用linkcmds
首先写一个链接命令文件linkcmds，然后
在arm-elf-ld的命令中使用-T linkcmds参
数,就能在链接时自动调用linkcmds文件．
例如: 链接的输入文件为demo.o，输出文
件为demo.elf，链接定位文件为linkcmds，
则命令如下:
arm-elf-ld –T linkcmds –o demo.elf demo.o
2．编写linkcmds
(1)arm-elf-ld命令语言
arm-elf-ld命令语言是一系列语句的集
合，包括用简单的关键字设定选项、描述
输入文件及其格式、命名输出文件。
其中有两种语句对于链接过程起重要
作用：SECTIONS语句和MEMORY语句。
SECTIONS语句用于描述输出文件中的模
块怎样布局，MEMORY语句描述目标机中
可以用的存储单元。
（2）表达式
在linkcmds中的表达式与C语言中的表达
式类似，它们具有如下的特征：

表达式的值都是“unsigned long”或者
“long”类型

常数都是整数

支持C语言中的操作符

可以引用或者定义全局变量

可以使用内建的函数
① 整数
八进制数以‘0’开头，例如：0234；

十进制数以非0的数字开头，例如：567；

十六进制数以‘0x’或‘0X’开头，例如：
0x16；

负数以运算符‘-’开头，例如：-102；

以K，M为后缀分别表示以1024，1024*1024
为单位，例如：var1 = 1K和var1 = 1024相等，
var2 = 1M和var2 = 1024*1024相等。

② 变量名
以字母、下划线和点开头，可以包含任何字
母、下划线、数字、点和连接符。

变量名不能和关键字一样，如果变量名和关
键字一样，或者变量名中包含空格时，必须将变
量名包含在“”中.
例如：
“SECTION”＝9；
“with a space”＝“also with a space” +
10；
在arm-elf-ld命令语言中，空格用于界定相邻
符号，例如：A-B表示一个变量名，而A - B表示
一个减法的表达式。

③ 地址记数器点号“. ”
“.”是一个包含当前输出地址的计数器。

因为“.”总是表示某个输出段的地址，
所以总是和表达式一起在SECTIONS命令中
出现。

“.”可以在任何一般符号出现的地方出
现，对“.”的赋值将引起计数器所指位置的
移动，而计数器位置不能反向移动。

例如：
SECTIONS
{
output：
{
在左面的例子中，
在file1（.text）与
file2（.text）之间
被空出了1000个字
节的空间，file2
file1(.text)
（.text）与file3
. = . + 1000； （.text）之间也被
file2(.text)
空出了1000个字节
的空间，而0x1234
. += 1000；
为该分段的空间空
file3(.text)
隙的填充值。
} = 0x1234；
}
可以将“.”赋给变量;
也可以对“.”赋值。
例如：
data_start = . ；
.= . + 2000；
（3）linkcmds的结构
linkcmds文件主要由四个部分组成：
1. 程序入口说明：用于指定程序运行时所需
要执行的第一条指令的地址。
2. 程序头说明：生成目标文件类型为ELF，可
以指定详细的程序头信息。
3. 内存布局的说明：用于规划内存的布局，
将内存空间划分为不同的部分。
4. 分段的分步说明：详细指明各个分段的构
成以及分段的定位地址和装载地址。
其中①和④的部分不能被省略。
（4）对程序入口的说明
arm-elf-ld命令语言有一条特定命令用于指定
输出文件中第一条可执行指令,即程序的入口点。
该命令格式如下：
ENTRY（symbol）
其中ENTRY是保留字，symbol表示程序的
入口地址，通常是用一个全局地址标号（label）
来表示入口地址。
例如，在程序中的开始地方有一标号：
.global demo_start
demo_start:
movl $_stack_top，%esp
……
那么在linkcmds中可以用下面的方式说明
程序的入口：
ENTRY(demo_start);
该命令可以作为单独的一条命令放在linkc–
mds的任何位置，也可以放在SECTIONS内关
于段的定义部分，都对布局起作用。
指定入口地址的方式还有很多，现在按优
先级递减的顺序描述如下：

用‘-e’选项指定入口地址

在linkcmds里用ENTRY（symbol）指令

变量start的值，如果有变量start

.text段第一字节的地址，如果存在

0地址
（5）对程序头的说明
ELF格式文件需要使用程序头，它用
于描述程序应该怎么被装入内存。
在默认情况下，arm-elf-ld可以自己
生成一个程序头，用户也可以用PHDRS
自己编写程序头，当运用该命令时，armelf-ld不会生成默认的程序头。
注意：如果没有特殊要求，建议用户
不要自己写程序头。
PHDRS
{
name type [ FILEHDR ] [ PHDRS ] [ AT ( address ) ]
[ FLAGS（flags）] ；
}
其中PHDRS、FILEHDR、AT、FLAGS都是关键字。
name表示段（Segment）的名字，而该段
（Segment）装入的内容由SECTIONS中对分段
（Section）的描述决定，例如：
SECTIONS{
…
secname start BLOCK(align) (NOLOAD) : AT
( ldadr )
{ contents } >region :phdr =fill
…
}
因此PHDRS中的name应该和SECTIONS中的phdr
保持一致。type表示段的类型，可以为下面描述的任意
一种类型（括号内表示关键字的值）：

PT_NULL (0)
——空程序头

PT_LOAD (1)
——描述一个可装入的段

PT_DYNAMIC (2)——表示包含动态链接信息的段

PT_INTERP (3) ——表示该段包含程序解释器的
名字

PT_NOTE (4) ——表示包含注释信息的段

PT_SHLIB (5) ——一个保留的程序头

PT_PHDR (6) ——表示该段可能包含程序头的描述
信息

expression ——用数值表示一个程序头的类型，
该类型没有对应的关键字
FILEHDR表示在段中包含ELF文件头的信息。
PHDRS表示在段中还要包含程序头本身的信息。
[AT (address)]表示该段的起始地址，若在
SECTIONS中也有AT时，程序头中定义的AT优先。
例如：
PHDRS
{
headers PT_PHDR PHDRS ;
interp PT_INTERP ;
text PT_LOAD FILEHDR PHDRS ;
data PT_LOAD ;
dynamic PT_DYNAMIC ;
}
SECTIONS
{
. = SIZEOF_HEADERS;
.interp : { *(.interp) } :text :interp
.text : { *(.text) } :text
.rodata : { *(.rodata) } /* defaults to :text */
...
. = . + 0x1000; /* move to a new page in memory */
.data : { *(.data) } :data
.dynamic : { *(.dynamic) } :data :dynamic
...
}
在上面的例子中，定义了5个段：

headers申明一个程序头段；

interp申明一个段，段中包含了程
序解释器的名字；

text申明一个可被下载的段，并且
包含了文件的头信息和各段的信息；

data申明一个可被下载的段；

dynamic申明一个包含动态链接信
息的段；
在SECTIONS中可以看到，有的分
段同时属于两个段，实质上是这两
个段占用同一空间。
.rodata也属于.text段是由于它的上
一个分段属于.text段，而.rodata又
没有指明归属段。
注意：如果没有特殊要求，建议用
户不要自己写程序头。
（6）对内存布局的说明
arm-elf-ld的默认配置允许将输出程
序定位到任何可用内存。
用户也可以用MEMORY命令对内存
进行配置。
MEMORY命令可以定义目标机内存
段的位置和大小，当装载的程序块大小
超出指定的内存段大小时，arm-elf-ld
会提示出错，而不会自动寻找可用的内
存段，这样可以避免内存分配错误。
定义内存段的方式：
MEMORY
{
name (attr) :ORIGIN = origin, LENGTH = len
…
}
name表示内存段的名字，可以使用任何变量
名，但是不能和已有变量名、文件名和分段名
（section name）冲突。
attr没有实际的用途，可省略。
origin（可简写为：org或者o）表示内存段的
起始位置。
Length(可简写为:len或者l)表示内存段的长度.
MEMORY
{
rom : ORIGIN = 0x3f80000, LENGTH =
512K
ram : org = 0, l = 1M
}
表示定义了两个内存段：
rom内存段，起始地址为0x3f80000，长
度为512K；
ram内存段，起始地址为0，长度为1M。
（7）对分段的说明
SECTIONS命令控制如何正确地将输
入分段定位到输出分段,包括在输出文件中
的顺序,和输入分段在输出分段中的定位。
如果不用SECTIONS命令，arm-elf-ld
将对每个输入分段生成相同名字的输出分
段，分段的顺序由输入文件中遇到的分段
的先后顺序决定。
SECTIONS命令的格式：
SECTIONS{
...
secname start BLOCK(align) (NOLOAD) : AT ( ldadr )
{ contents } >region :phdr =fill
...
}
其中secname和contents都是必须有的。
secname表示输出分段的名字，受输出格式的限
制，一些输出格式对段名有限制，
例如a.out只允许.text,.data或.bss的分段名存在.
另外arm-elf-ld不输出空的分段。
start，BLOCK（align）,（NOLOAD）,AT
（ldadr）, >region，:phdr，=fill都是可选项：
Start 表示分段的起始地址,该地址被称为重定位
地址;
BLOCK（align）表示分段以align对齐；
（NOLOAD）表示该段不能被装载；
AT (ldadr) 表示该分段装入的起始地址为ldadr，
当没有该参数时分段的装入地址和重定位地址相同；
region 表示该分段地址空间在
region所定义的范围内,region就是在
MEMORY命令中定义的内存段名字；

:phdr 表示该分段的装载地址空间在
phdr定义的范围内，phdr就是在程序头中
定义的段名字；

=fill 表示在该分段的空间空隙的填充
值。

contents表示具体的分段内容，主要
描述该输出分段中包含有输入文件中的哪
些分段。





常见的分段名如下：
.text
——表示代码段
.data
——初始化了的数据段
.bss
——未初始化的数据段
.rodata
——不可写的数据段
COMMON ——未初始化的数据段
用户在汇编语言程序中可以自定义分
段名，如：mycode、mydata之类。
在C语言文件编译成目标文件后,通常
包含有.text、.data、COMMON、.rodata
段。
其中.rodata表示不可写的数据段，通
常包含在C语言程序中定义的一些常量，
如const char
version_string[ ]=“Lambda x86/fpm”之
类。
contents可用格式：
 filename
 filename（section）
 filename（section，section，…）
 filename（section
section …）
和针对所有文件的：
 *（section）
 *（section，section，…）
 *（section section …）
如果在用“*”指定所有文件时，以
前已经使用filename指定过一些文件，
那么“*”表示剩下的文件：
filename（COMMON）
*（COMMON）
指定输入文件中名为COMMON的
分段里未初始化的数据在输出分段中的
位置。
下面举例说明contents中的具体内
容及编写方法。
下面举例说明contents中的具体内容及编写方法。
例如：
.text 0 :
{ file1.o file2.o file3.o }
表示将file1.o、file2.o、file3.o中的所有分段
都放在输出文件的.text段中。
例如：
.text 0 :
{
*(.text);
}
表示将所有输入文件中的.text分段都放在输
出文件的.text段中。
例如：
.text 0 :
{
file1.o (.text);
file2.o (.text);
file3.o (.text);
}
表示将file1.o、file2.o、file3.o中的.text
段都放在输出文件的.text段中。
例如：
text1 :
{
file1.o (.text);
}
text2 :
{
*(.text);
}
表示将file1.o中的.text段放在输出文件
的text1段中，而其他输入文件的.text段都放
在输出文件的text2段。
（8）注释
arm-elf-ld语言中的注释和C语
言一样。
例如：/* comments */
3.4 工程管理器 MAKE
3.4.1 概述
make是用于自动编译、链接程
序的实用工具。
使用make后就不需要手工编译
每个程序文件。
要使用make，首先要编写makefile ，
makefile描述程序文件之间的依赖关系以及
提供更新文件的命令。
典型地，在一个程序中，可执行文件依
赖于目标文件，而目标文件依赖于源文件。
如果makefile文件存在，每次修改完源
程序后，用户通常所需要做的事情就是在命
令行敲入“make”，然后所有的事情都由
make来完成。
1．命令格式
make [-f makefile] [option] [target]…
make命令后跟-f选项，指定makefile的名
字为makefile；

option表示make的一些选项

；target是make指定的目标，在3.4.3将详
细说明。

例如:makefile的名字是
my_hello_make：
make –f my_hello_make
2．命令选项列表
 -f
 -e
 -I
dir
 -i
 -n
 -r
 -w
 -C
 -s
dir
指定makefile
使环境变量优先于makefile的变量
设定搜索目录
忽略make过程中所有错误
只显示执行过程，而不真正执行
使隐含规则无效
显示工作目录
读取makefile设置的工作目录
不显示执行的命令
3.4.2 命令使用
makefile文件用来告诉make需要做的事情，
通常指怎样编译、怎样链接一个程序。
以C语言程序为例:

在用make重新编译的时候，如果一个头文
件已被修改，则包含这个头文件的所有C源代码
文件都必须被重新编译。

而每个目标文件都与C的源代码文件有关，
如果有源代码文件被修改过，则所有目标文件
都必须被重新链接生成最后的结果。
编写一个makefile将在3.4.3节详细介绍。
1．指定makefile
-f makefile

用该选项指定makefile的名字为
makefile。

如果make中多次使用-f指定多个
makefile，则所有makefile将链接起来作为
最后的makefile。

如果不指定makefile，make默认的
makefile依次为“makefile”、“Makefile”。
例如：
make –f my_hello_make
2．使环境变量优先于makefile
文件中的变量
-e
使环境变量优先于makefile
文件中的变量。
例如：
make –e
3．指定包含文件的搜索路径
-I dir

指定在解析makefile文件中
的.include时的搜索路径为dir。

如果有多个路径，将按输入顺
序依次查找。
例如：
make –I/include/mk
4．忽略错误
-i
忽略make执行过程中的所有错误。
例如：
make –i
5．显示命令的执行过程
-n
只显示命令的执行过程而不真正执行。
例如：
make –n
6．使隐含规则无效
-r
使make的隐含规则无效，清除后缀名规
则中默认的后缀清单。
例如：
make –r
7．显示执行过程中的工作目录
-w
显示make执行过程中的工作目录。
例如：
make –w
8．读取makefile文件前设置工作目录
-C dir

在读取makefile文件以前将工作目录改
变为dir，完成make后改回原来的目录。

如果在一次make中使用多个-C选项，
每个选项都和前面一个有关系。

“-C dir0 / -C dir1 ”与“-C dir0 / dir1”等
价.
例如：
9．不显示所执行的命令
-s
运行make时用选项-s可以不显示执
行的命令，只显示生成的结果文件。
例如：
make –s
3.4.3 编写一个makefile





1. makefile的结构
makefile文件包含：
显式规则
隐含规则
变量定义
指令
注释
2. 编写makefile中的规则
makefile中规则的格式如下：
targets ：dependencies
command
…
或者
targets ：dependencies ；command
command
…

targets 指定目标名，通常是一个程序产生的目标文件名，
也可能是执行一个动作的名字，名字之间用空格隔开。

dependency 描述产生target所需的文件，一个target通
常依赖于多个dependency。

command 用于指定该规则的命令。
注意：command必须以TAB键开头。如果某一行过长可以
分作两行，用‘\’连接。
例如：
smcinit：smc.o config.o
arm-elf-ar –ruvs –o smcinit.a smc.o config.o
smc.o：smc.c include.h
arm-elf-gcc –c –o smc.o smc.c
config.o：config.c include.h
arm-elf-gcc –c –o config.o config.c
clean：
rm *.o

表示目标名的有smcinit、smc.o、config.o。
smcinit依赖于smc.o和config.o，而smc.o又依赖于
smc.c和include.h,config.o依赖于config.o和include.h.

各目标分别由命令arm-elf-ar –ruvs –o smcinit.a
smc.o config.o；arm-elf-gcc –c –o smc.o smc.c；
arm-elf-gcc –c –o config.o config.c来生成。

clean为一动作名，删除所有后缀为.o的文件。
3. make调用makefile中的规则
在默认情况下，make运行不是以“.”开头的第一
条规则。在上面的例子中，make默认执行的是规则
smcinit，此时只需要输入命令：
make
make将读入makefile，然后执行第一条规则，例
子中该规则是链接目标文件生成库，因此必须执行规则
smcinit依赖的规则smc.o和config.o。在执行过程中
将自动更新他们所依赖的文件。
有些规则不是被依赖的规则，需要make指定才能
被运行，如上面的例子中的clean规则可以这样执行：
make clean
这两种方式的结果一样。只是第一种方式没指明目
标名，第二种方式指明了目标名。
4.设置makefile中文件的搜索路径
在makefile中，可以通过给VPATH赋值来设置规则中目标文
件和依赖文件的搜索目录。make首先搜索当前目录，如果未找到
依赖的文件，make将按照VPATH中给的目录依次搜索。
VPATH对makefile中所有文件都有效。
例如：
demo.o：demo.c demo.h
demo.c在目录//c/demo/中，demo.h在目录//c/demo/head/
中，则可以给VPATH变量赋值：
VPATH ：= //c/demo //c/demo/head
或者
VPATH ：= //c/demo：//c/demo/head
也可以使用指令vpath，与VAPTH在使用上的区别是:vpath
可以给不同类文件指定不同的搜索目录。%.o表示所有以 .o结尾
的子串。
vpath %.c //c/demo
vpath %.h //c/demo/head
vpath %.c ——表示清除所有vpath对
%.c设置的搜索目录
vpath ——表示清除所有以前用vpath
设置的搜索目录
这两种方式的效果是一样的，但是后
一种要明确一些。这样make就会根据
VPATH或者vpath来搜索相应的依赖文件。
5. 如何定义变量
为了简化makefile以及减少不必要的错
误，可以用变量的形式来代表目标文件名或
字符串，在需要使用时直接调用变量。
在makefile中变量可以被这样定义：
CC = arm-elf-gcc
AS ：= arm-elf -as
AR = arm-elf -ar
LIBPATH ：= ./lib
从上面的定义中可以看出，有
两种定义变量的形式：
1.
变量名 = 值
2.
变量名：= 值
两者的不同点在于，前者定义
的变量是在被用到时才取它的值，
而后者则是在定义变量或者给它赋
值时就确定了它的值。
例如：
var1 = hello first
var2 = ${var1}
var1 = hello second
test_echo：
echo ${var2}
执行的结果是显示：hello second
var1 = hello first
var2 := ${var1}
var1 = hello second
test_echo：
echo ${var2}
执行的结果是显示：hello first
例如：
var1 = hello first
var1 = ${var1} and second
echo_test：
echo ${var1}
会陷入死循环中。
var1 ：= hello first
var1 ：= ${var1} and second
echo_test：
echo ${var1}
会显示：hello first and second
6. 引用变量
有两种方式：
1.${VarName}
2.$(VarName)
两种方式的效果一样。
VarName表示变量名。
7. make提供的常用变量
$@——表示目标名
——表示所有的依赖文件
$< ——第一个依赖文件
例如：
demo.o : demo.c demo.h
${CC} ${CFLAGS} $< -o $@
$<的值为demo.c，
$@的值为demo.o，
而$^的值为demo.c demo.h。
$^
8. make里的常用函数
函数的使用方式有两种：
1.
$(function arguments)
2.
${function arguments}
常用的函数有：
（1）$（subst from,to,text）将字
text中的from子串替换为to子串。
例如：
STR ：= $(subst I am,He is,I am an
engneer)
与 STR：= He is an engneer 相同。
（2）$(patsubst pattern,replacement,text)按模
式pattern替换text中的字串。
例如：
OBJS = init.o main.o string.o
STR ：= $(patsubst %.o,%.c,${OBJS})
STR的值为：init.c main.c string.c
%.o表示所有以 .o结尾的子串。
$(wildcard pattern...)表示与pattern相匹配的所
有文件。
例如:在当前目录中有文件init.c、main.c和
string.c：
SRCS ：= $(wildcard *.c)
则SRCS的值为init.c main.c string.c
9. 隐含规则
隐含规则是指由make自定义的规则,常用的有：
由*.c的文件生成*.o的文件
由*.s的文件生成*.o的文件
例如，下面是某makefile的一部分：
CC= arm-elf -gcc
AS= arm-elf -as
LD= arm-elf -ld
CFLAGS=-c -ansi -nostdinc -I- -I./
ASFLAGS=
LDFLAGS=-Map map.txt -N -T linkcmds L./lib
OBJS=i386ex-start.o i386ex-get-put-char.o
i386ex-io.o
OBJCOPY= arm-elf -objcopy
OBJCOPYFLAG=-O ihex
All：monitor.elf
${OBJCOPY} ${OBJCOPYFLAG} monitor.elf
monitor.hex
monitor.elf：${OBJS}
${LD} ${LDFLAGS} -o monitor.elf ${OBJS} lmonitor
clean：
rm -rf *.o *.elf
在该makefile中的i386ex-start.o、i386ex-get-putchar.o、i386ex-io.o都是由隐含规则生成的。


实际上使用的隐含规则如下所示：
对*.c-->*.o的隐含规则为：
%.o：%.c
${CC} ${CFLAGS} $< -o $@
对于*.s-->*.o的隐含规则为：
%.o：%.s
${AS} ${ASFLAGS} $< -o $@
3.5 交叉汇编器 arm-elf-as
3.5.1 概述
arm-elf-as 将汇编语言程序转换为ELF
（Executable and Linking Format执行时
链接文件格式）格式的可重定位目标代码，
这些目标代码同其它目标模块或库易于定位
和链接。
arm-elf-as 产生一个交叉参考表和一个
标准的符号表，产生的代码和数据能够放在
多个段（Section）中。
1．命令格式
arm-elf-as [option…] [asmfile…]
在命令arm-elf-as后面跟一个或多个选
项，以及该选项的子选项，选项间用空格
隔开，然后跟汇编源文件名。
例如，将demo.s编译成目标文件，并
且设置头文件的搜索目录为
C:\demo\include：
arm-elf-as –I//c/demo/include demo.s
2．命令选项列表
-a[dhlns]
-f
-I
path
-o
-v
-W
-Z
显示arm-elf-as信息
不进行预处理
设置头文件搜索路径
设定输出文件名
显示版本信息
不显示警告提示
不显示错误提示
3.5.2 命令使用
1．生成目标文件
每次运行arm-elf-as只输出一个目标
文件，默认状态下名字为a.out。
可以通过-o选项指定输出文件名字，
通常都以.o为后缀。
例如:
编译demo.s输出目标文件demo.o：
arm-elf-as –o demo.o demo.s
2．设置头文件搜索路径
-I path
添加路径path到arm-elf-as的搜索路径，搜
索.include ”file” 指示的文件。
-I可以被使用多次以添加多个目录，当前工作
目录将最先被搜索，然后从左到右依次搜索-I指
定的目录。
例如:编译demo.s时指定两个搜索目录，当
前目录和C:\demo\include：
arm-elf-as –I../ –I//c/demo/include demo.s
3．显示arm-elf-as信息内容





-a[dhlns]
打开arm-elf-as信息显示。
dhlns为其子选项，分别表示：
d ——不显示调试信息
h ——显示源码信息
l
——显示汇编列表
n ——不进行格式处理
s ——显示符号列表
在不添加子选项时，-a表示显示源码信息，
显示汇编列表，显示符号列表。
添加子选项时将选项直接加在-a以后可以
添加一个或多个。
缺省时显示的信息输出到屏幕，也可用重
定向输出到文件。
例如:编译demo.s生成不进行格式处理的汇
编列表，输出到文件a.txt：
arm-elf-as –aln –o demo.o demo.s>a.txt
4．设置目标文件名字
-o filename

每次运行arm-elf-as只输出一个目标文件，默
认输出文件为a.out。

可以通过-o选项指定输出文件名字，通常都
以.o为后缀。

如果指定输出文件的名字和现有某个文件重
名，生成的文件将直接覆盖已有的文件。
例如:编译demo.s输出目标文件demo.o：
arm-elf-as –I/include –o demo.o demo.s
5．如何取消警告信息
-W
加选项-W以后，运行arm-elf-as就不
输出警告信息。
例如:
编译demo.s输出目标文件demo.o，
不输出警告信息：
arm-elf-as –W –o demo.o demo.s
6．设置是否进行预处理
arm-elf-as内部的预处理程序，完成以
下工作：调整并删除多余空格，删除注
释，将字符常量改成对应的数值。
arm-elf-as不执行arm-elf-gcc预处理程
序能完成的部分，如宏预处理和包含文
件预处理。
可以通过.include “file”对指定文件进行
预处理。
arm-elf-gcc可以对后缀为.S汇编程序进
行其他形式的预处理。
如果源文件第一行是＃NO_APP或者
编译时使用选项-f将不进行预处理。
如果要保留空格或注释，可以在需要
保留部分开始加入＃APP，结束的地方
加＃NO_APP。
例如:编译demo.s输出目标文件demo.o，
并且编译时不进行预处理，则命令如下：
arm-elf-as –f –o demo.o demo.s
3.6 汇编语言编程
在ARM汇编语言程序里,有一些特殊指令助记
符,这些助记符与指令系统的助记符不同,没有相对
应的操作码,通常称这些特殊指令助记符为伪指令,
它们所完成的操作称为伪操作。
伪指令在源程序中的作用是为完成汇编程序作
各种准备工作的，这些伪指令仅在汇编过程中起
作用，一旦汇编结束，伪指令的使命就完成了。
在ARM的汇编程序中，有如下几种伪指令：
符号定义伪指令、数据定义伪指令、汇编控制伪
指令、宏指令以及其他伪指令。
3.6.1 汇编语言
1. 基本元素
(1) 字符集
汇编中使用下列字符组成源程序
的各种语法元素：大写字母 A ～ Z；
小写字母 a ～ z；数字 0 ～ 9；符号
+-*/=[]();,.:‘@$&#<>{}
% _ “ \ - | ^ ? !。
其中大小写字母作用不同。
(2) 约定的名字
包括寄存器名、指令名字和伪
操作符。每一个伪操作符表示一定
功能的操作。
伪操作的功能由汇编系统实现,
没有目标代码对应。这一点是伪操
作符与操作符的不同之处。伪操作
符是由汇编系统约定的名字，不用
定义就能实现。
伪操作符可以分为六类：
1.
2.
3.
4.
5.
6.
数据定义伪操作符
符号定义伪操作符
程序结构伪操作符
条件汇编伪操作符
宏伪操作符
其他伪操作符
(3) 定义的名字
汇编程序中的标号、分段名、
宏定义名都是用户可以定义的名字。
① 标号
标号只能由a ～ z 、A ～ Z、
0 ～ 9、．、_等字符组成，标号的
长度不受限制,大小写字母有区别。
当标号为0 ～ 9的单个数字时表示该标
号为局部标号, 局部标号可以多次重复出现。
在引用时，使用方法如下（N代表0 ～
9的数字）：
Nf ——在引用处的地方向前（程序地
址增长的方向）的N标号。
Nb ——在引用处的地方向后（程序地
址增长的方向）的N标号。
标号在最终的绝对定位的代码中表示所
在处的地址，因此在汇编中的标号可以在
C/C++程序中当作变量或者函数来使用。
② 分段名
汇编系统中预定义的分段名有: .text
.bss .data .sdata .sbss 等，但是用户可
以自己定义段名，语法如下：
.section section_name attribute
例如：定义一个可以执行的代码段
.mytext
.section ".mytext","ax"
mycode
…
③ 宏定义名
宏定义的语法如下：
.macro macro_name parm1
macro body
.endm
… parmN
(4) 常数
二进制数由0b或者0B开头，如：0b1000101、
0B1001110；

十六进制数以0x或者0X开头，如：0x4567、
0X10089；

八进制数由0开头，如：0345、09870；

十进制数以非零数开头，如：345、12980

'\J
例如：
.byte 74, 0112, 092, 0x4A, 0X4a, 'J,
.ascii "Ring the bell\7"
(5) 当前地址数
当前的地址数用点号“.”
表示，在汇编程序中可以直接
使用该符号。
(6) 表达式
在汇编程序中可以使用表达式，在
表达式中可以使用常数和数值。
可以使用的运算符有：
① 前缀运算符号
- —— 取负数
~ —— 取补数
② 中缀运算符号
* / % < << > >> | & ^ ！+ -
(7) 注释符号
不同芯片的汇编程序中，注释
的符号有所不同，ＡＲＭ以“@”开
头的程序行是注释行。
2. 语句
(1) 语句类型
汇编语句按其作用和编译的情况分为两
大类：执行性语句和说明性语句。
执行性语句是在编译后有目标程序与之
对应，按其编译后目标程序的对应情况又可
以分为：一般执行性语句和宏语句。
一般执行性语句与目标程序是一一对应
的，即一个一般执行语句只产生一条目标代
码指令。
宏语句由伪操作符定义，包括宏定义、
宏调用及宏扩展语句。一个宏语句对应了一
组目标代码程序，可以看成是一般执行性语
句的扩展。
说明性语句由伪操作符定义，它用于用户以
源程序方式和汇编程序通信。
用户使用说明性语句表示源程序的终止说明、
分段定义、数据定义、内存结构等信息。

数据定义语句用于描述数据和给数据赋初值.

列表控制语句用于说明源程序的格式要求。

程序结构语句用于说明源程序的结构和目标
程序的结构。

条件汇编语句用于说明汇编某部分语句时的
条件，满足条件则编译,否则跳过这部分不予编译.
(2) 数据语句
一字节数据定义语句
语法：.byte expressions
例子：.byte 0x89 ,0x45, 56, ‘K , ‘M , 023, 0B101011
 两字节数据定义语句
语法： .short expressions
例子： .short 0x6789 ,0b101110111
 四字节数据定义语句
语法：.long expressions
例子：.long 0x78896676 , 02356243563456
 八字节数据定义
语法： .quad expressions
例子： .quad 0x1122334455667788


单个字串定义
语法：.string “ string”
例子：.string “this is an example”

多个字串1
语法：.ascii “string”…..
例子：.ascii “string1” ,“string2”,“string3”
string1,string2,string3字串间是连续的。

多个字串2
语法：.asciz “string”…..
例子：.asciz “string1” ,“string2”,“string3”
⑧ 重复数据定义
语法：.rept count
数据定义
.endr
例子：
.rept ２
等价于： .long 0x788
.byte 0x99
.long 0x788
.long 0x788
.byte 0x99
.endr
.byte 0x99
各种数据在内存空间的对齐边界示按
数据本身的大小对齐的，byte以１字节对
齐，short以２字节对齐，long以４字节
对齐，
例如:
.byte 0x78
.short 0x66
.long 0x789
一共占用８个字节而不是７个字节。
(3) 列表控制语句
①.title “heading”
在汇编列表中将“heading“作为
标题。
②.list
系统遇此语句就输出列表文件。
（4）一般执行语句
不同的芯片有不同指令集，
见相关的指令手册。
3. 程序结构
（1）程序结构语句
程序结构语句是伪操作符定义的说明
语句，用于说明程序段的开始、结束以及
源程序的结束等。
在汇编系统中有预定义的程序结构语
句，用户也可以自己定义一些程序结构段
（详见3.3.3中关于.section的说明）。
预定义的程序结构语句如下（以下用
ARM的汇编指令举例说明）：
② 数据段的开始
.data 表示一个数据段的开始，其它段的结束：
.data
.long 0xFFFFFC04,0x0F0CFC04,0x0FFFF804,0x01BF7004
.long 0x0FFDD000,0x1FFFF447,0x0FFFFC04,0x1FFFFC07
.bss表示未初始化数据段的开始，其它段的结束：
.bss
.long 0,0,0
.long 0,0,0
③ 源程序的结束
.end 表示该源程序的结束，
在.end后面的程序不会被编译。
(2) 过程（函数）的定义
过程的结构如下：
过程名：
过程体
返回语句
例如（用ARM的汇编指令举例
说明）：
.align 2
.globl uart1_sendch
.type uart1_sendch,@function
uart1_sendch:
ldr r2,=SYSFLG
1:
ldr r1,[r2]
tst r1,#UTXFF1
bne 1b
ldr r2,=UARTDR1
strb r0,[r2]
mov pc,lr
一般情况下，.type 和.align声明可以缺省。
3.6.2 宏语句与条件汇编
1. 等价语句
(1) .equ语句
语法： .equ symbol，expression
例子： .equ PPC_PC，32*4
应用： stw
r4，PPC_PC(r1)
(2) .set语句
与.equ的功能相同。
2. 宏定义与宏调用
宏定义：
.macro macro_name param1 ，
param2，…..paramN
.macro body
.endm
例如：（使用ARM的汇编指令集说明）
.macro ROMSEC_patova TTPA，
pa_start，va_start，tmp，ic
ldr \tmp，=APFIELD_ROM
add \TTPA,\TTPA,\va_start,LSR #18
add \tmp，\tmp，\pa_start
20:
str \tmp，[\TTPA]，#4
add \tmp，\tmp，#0x10000
subs
\ic，\ic，#1
bne 20b
.endm
例如：
.macro rept3
.long 0x9000000
.long 0x9000000
.long 0x9000000
.endm
应用：
.data
rept3
等价于
.data
.long 0x9000000
.long 0x9000000
.long 0x9000000
当宏定义有参数时，在参数前面添加前
缀“\” 。如果要提前退出宏可以使用.exitm 。
宏定义中的参数还可以有缺省值，如：
.macro test p1=0x100 p2
.long \p1
.long \p2
.endm
应用：
test ， 2
等价于
.long 0x100
.long 2
3. 重复块和源文件的嵌入
(1) 重复块
定义：
.rept count
contents
.endr
例如：
.rept 2
.long 0x12908
.endr
等价于：
.long 0x12908
.long 0x12908
(2) 源文件的嵌入
在一个汇编文件中可以嵌入其
它汇编文件，例如汇编头文件等。
方法如下：
.include “filename”
4 条件汇编

.if expression
表达式为非零则编译后面的语句，否则后面的语
句被忽略。

.ifdef symbol
如果符号被定义则编译后面的语句，否则后面的
语句被忽略。

.ifndef symbol
如果符号未被定义则编译后面的语句，否则后面
的语句被忽略。

.else
表示与前面的if语句的条件相反。

.endif
表示条件判断结束。
例如：
.macro sum from=0, to=5
.long \from
.if \to - \from
sum “(\from+1)”,\to
.endif
.endm
应用：
sum，5
等价于
.long 0
……
.long 5
条件判断可以嵌套使用，if-else-endif遵循最
近匹配的原则。
3.6.3 模块化程序设计
模块化程序设计汇编语言程序
可以先按模块独立汇编，然后和应
用的其他模块链接形成一个可执行
的程序
1．全局符号
在模块中定义的、要被别的模块使
用的符号（包括变量名和函数名）都必
须被声明为全局符号。
方法如下：
.global symbol
在本模块中要使用其他模块中的全
局符号，可以用.extern symbol的方式
声明，但也可以不用声明在汇编时自动
认为它是其它模块中的全局符号。
2．模块间的符号互用
（1）汇编模块与汇编模块间的调用
只要是全局符号在汇编模块间
就可以直接使用。
（2）汇编模块调用C语言模块中的
函数
汇编模块调用C语言模块时，不
同芯片传递参数的方式有差别，详
细见3.6.5节。
（3）汇编模块使用C语言模块中
的变量
首先保证该变量在C语言中是全局
变量，然后在汇编中直接使用变量名。
注意：C语言中的变量名在汇编中
不用加下划线。另外该变量名不能用
static修饰，否则该变量只局限于所在
的模块有效。
（4）C语言模块调用汇编模块中的函数
该函数名在汇编程序中必须是全局
的符号，即必须用.global声明，然后在
C语言中申明该函数的原型，最后在使
用时与一般的C函数一样。
（5）C语言模块使用汇编模块中的变量
该变量在汇编程序中必须是全局的
符号，即必须用.global声明，然后在C
语言中申明该变量的原型，最后在使用
时与一般的C变量一样。
3.6.4 内存模式
在uClinux环境下，内存模式为平
模式，即整个内存空间最大为4GB。
所有任务共享这4GB的空间，而不
是每个任务有单独的4G虚拟空间。
所有的寻址都是32位地址的方式，
因此程序模块间可以很容易的共享变量
和数据。
3.6.5 StrongARM & ARM7
1.寄存器名字
寄存器名字如表3-1所示。
类型
R0～r14
F0～f7
Pc
Ps
fps
说
通用寄存器
浮点寄存器
指令指针
机器状态寄存器
浮点状态寄存器
明
2. 如何在汇编模块中调用C语言模
块中的函数
在调用C函数之前，必须在当前栈中空出至
少8个字节的空间，然后才调用C函数。
C函数的第一个参数（最左边的参数）用r0
传递，后面的参数依次用r1、r2等来传递。
例如：
假定C函数为int get_sum (int var1,int
var2),则在汇编程序中首先将参数送到r0、r1中，
然后将栈指针减8，最后调用get_sum。
注意:C函数名在汇编中使用时不用加下划线
3．注释符号
以“@”开头的程序行是注释行。
4．一段程序
在下面的程序中有.data .bss .text等三个预定义
的段，在程序的后面定义了一个用户自己的
段.mytext，属性为可执行段。
在程序中还用.global 声明了几个本文件中的符
号为全局符号,在其他模块中可以使用这些符号
（var1作为变量,u1b_set作为函数使用）
.title “example”
.data
.global var1
var1:
.long 0x897678 ,0x2378789
.byte 89 ,56, 23
.string “ hello”
.bss
.global zero_var
zero_var:
.short 0,0,0
.long 0,0,0,0
.text
UART1INIT_TEST:
ldr r3,=SYSCON1
ldr r0,[r3]
tst r0,#UART1EN
beq 2f
1:
ldr r1,[r3]
tst r1,#UTXFF1
bne 1b
2:
bic r0,r0,#UART1EN
str r0,[r3]
bic r0,r0,#SIREN
str r0,[r3]
orr r0,r0,#UART1EN
str r0,[r3]
ldr r3,=SYSFLG2
ldr r0,[r3]
and r0,r0,#0x40
mov pc,lr
.section “.mytext” , “ax”
.global u1b_set
u1b_set:
ldr r3,=UBLCR1
str r0,[r3]
mov pc,lr
.end
3.7 简单程序设计
3.7.1 顺序程序设计
例3-1 用ARM指令实现的C赋值语句：
x=(a+b)-c
可以用r0表示a、rl表示b、r2表示c和r3
表示x，用r4作为间接寻址寄存器。
在进行算术运算之前，代码必须先把a、
b、c的值装入到寄存器，运算结束后，还要
把x的值存回存储器中。
这段代码执行下面这些必须的步骤：
ADR r4,a
LDR r0,[r4]
ADR r4,b
LDR rl,[r4]
ADD r3,r0,rl
ADR r4,c
LDR r2,[r4]
SUB r3,r3,r2
ADR r4,x
STR r3,[r4]
；读取变量 a 的地址
；读a的内容到 r0
；读取变量b的地址
；读b内容到 r1
；a+b 的结果保存在r3
；读取变量c的地址
；读c的内容到r2
；(a+b)-c结果保存到r3
；读x的地址
；保存变量x
例3-2 用ARM指令实现的C赋值语句：
z=(a<<2)|(b&15)
可以使用r0表示a和z，r1表示b，r4表示地址进行
编码，代码如下：
ADR r4,a
；读取变量a的地址到r4
LDR r0,[r4]
；读a的内容到r0
MOV r0,r0,LSL 2 ；实现a<<2 操作，结果保存在r0
ADR r4,b
；读取变量b的地址到r4
LDR rl,[r4]
；读b的内容到r1
AND r1,r1,#15 ；实现b&15 操作，结果保存在r1中
ORR rl,r0,rl
；计算z的结果
ADR r4,z
；读取变量z的地址到r4
STR rl,[r4]
；保存变量z
3.7.2 分支程序设计
我们用示例3-3作为探讨条件执行的用法的方法。
例3-3 在ARM中实现下面if语句：
if(a<b){
x=5；
y=c+d：
}
else x=c-d；
实现上述指令的第一种方法比较传统并且和
其他微处理器相似。下列指令使用条件分支和无条
件数据操作：
ADR r4,a
LDR r0,[r4]
ADR r4,b
LDR rl,[r4]
CMP r0，rl
BGE fblock
MOV r0,#5
ADR r4,x
STR r0,[r4]
ADR r4,c
LDR r0,[r4]
ADR r4,d
；读取变量a的地址到r4
；读a的内容到r0
；读取变量b的地址到r4
；读b的内容到r1
；比较 a,b
；如果 a>=b,跳转到 fblock子程序执行
；令x = 5
；读取x的地址到r4
；保存变量x
；读取变量c的地址到r4
；读c 的内容到r0
；读取变量d的地址到r4
LDR rl,[r4]
ADD r0,r0,rl
ADR r4,y
STR r0,[r4]
B after
fblock: ADR r4,c
LDR r0,[r4]
ADR r4,d
LDR rl,[r4]
SUB r0,r0,rl
ADR r4,x
STR r0,[r4]
after: …
；读取d的内容到r1
；计算a+b，结果保存在r0
；读取变量y的地址
；结果保存在y中
；程序跳转到after 子块
；读取变量c的地址
；读c的内容到r0
；读取变量d的地址到r4
；读变量d的内容到r1
；计算a – b 结果保存在r0
；读取变量x的地址
；结果保存在 x中
例3-4 在ARM中实现C的switch语句 C
中的switch语句采用下列形式：
switch(test){
case 0：．．．break；
case 1：．．．break；
}
上述语句也可以像if语句那样编码，首
先测试test=A，然后测试test=B，依此类推.
用基址加偏移量寻址并建立分支表的方
法执行起来会更有效地实现：
ADR r2,test
;读取变量test的地址
LDR r0，[r2]
;读test的内容到r0
ADR rl,switchtab ;读取switchtab 的地址到r1
LDR rl5,[rl,r0,LSL #2]
switchtab:
.word case 0
.word case l
…
case0： … @code for case 0
casel： … @code for case 1
这种实现方法使用test值作为一个表的偏移量，其中
该表保存了实现各种情况的代码段的地址。
这段代码的核心就是LDR指令，它把多种功能集中在
一个简单的指令里：

它将r0的值左移两位，把偏移量转化为字地址。

它用基址加偏移量寻址的方法把左移了的test的值
(存放在r0中)加到保存在r1中的表的基址中。

它将该指令计算出的新地址置为程序计数器(r15)的
值。
每一个case都由存放在存储器某处的一段代码实现。
分支表从名为switchtab的单元开始。
word语句是在该处装入一个32位地址到存储器的一
种方法，因此分支表包含了对应于各个case的代码段起
点的地址。
3.7.3
循环程序设计
循环是非常通用的C语句。
循环能用条件分支自然地实现，因为循环总是
对存在数组中的值进行操作，循环也是对基址加偏
移量寻址模式的另一种用法较好的说明。
例3-4 用ARM指令实现FIR过滤器
FIR(finite impulser response)过滤器是一种
处理信号的常用方法；
FIR过滤器是简单的对积求和：
∑ cixi
1≤i≤n
作为过滤器使用时，xi假定为周期性采集的数
据样品，ci是系数。
这个计算总是按如下方式进行：
Σ
c1
x1
c2
Δ
x2
c3
Δ
f
c4
x3
Δ
Δ
x4
这种表示假定样品是周期性采集而来的，每次一个新的样
品到来都要重新计算一次FIR过滤器的输出。
△方框表示存储刚刚到来的样品产生xi时延元素。
延迟的样品分别单独与c相乘,然后求和得到过滤器的输出
FIR过滤器的C语言代码如下：
for(i=0，f=0;i<n;i++)
f=f+c[i]*x[i];
我们可以根据基址加偏移量寻
址法对数组c和x进行编址。将每个
数组的第零元素的地址,装入一个寄
存器,存放i的寄存器则用作偏移量。
下面就是该循环的代码：
MOV r0,#0 ；使用r0作为计数器i，置初值
；为0
MOV r8,#0 ；使用r8作为字节偏移量，置
；初值为0
ADR r2,n ；读取n的地址到r2
LDR rl，[r2]；读n的值到r1
MOV r2,#0 ；使用r2作为 f，置初值为 0
ADR r3,c ；读取c的地址到r3 作为c[i]数
；组的首地址
ADR r5,x ；读取x的地址到r5，作为x[i]
；数组的首地址
；读取 c[i] 的值到r4
；读取x[i] 的值到r6
；计算 c[i]*s[i]，
；结果保存到r4
ADD r2,r2,r4
；求和送给f
；修改循环计数器和数组下标
ADD r8,r8,#4
；偏移量增加32位
ADD r0,r0,#1
；i++
；测试推出循环条件
CMP r0,rl
BLT Loop
；if i<N，继续循环 loop
loop end…
l oop： LDR r4，[r3,r8]
LDR r6,[r5,r8]
MUL r4,r4,r6
不论该代码是用C语言还是用汇编语言编
写，我们都要注意代码中的数值精确度。
32位X 32位的乘法得到64位的结果。
ARM的MUL指令把结果的低32位保存到目的
寄存器中。只要结果不超过32位，就能得到
所需结果。
如果输入值正是可能有时超过32位，我
们就要重新设计代码来计算高分辨率的值。
3.7.4子程序设计
C语言的另一重要类是函数。
每个C函数返回一个值(除非它的返回类型是
void)；一般把不返回值的结构称为子例程或过程。
考虑下面这个C函数的简单用法：
x=a+b；
foo(x)；
y=c-d；
当函数被调用后马上返回到调用代码中，在上
例中就是返回到对y赋值的语句。一个简单的分支
是不够的，因为我们不知要返回到哪儿。要想正确
返回，就要在调用函数或过程时保存PC的值，当调
用过程结束时，将PC设置到下条指令的地址。
分支链接指令在ARM中用于过程调用。
这样，例如：
BL foo
将执行一个分支并链接到从定位点foo开始的代码
(用相对PC寻址的方式)。分支链接其实和分支很相似，
只不过是在分支前将当前PC的值存在r14中。过程返回
时，将r14中的值移入r15中即可：
MOV r15，r14
当然在调用过程中不能覆盖保存在r14中的PC值。
但是这种机制只能调用一层过程。
例如:
如果我们在另一个C函数中调用一个C函数，第二
个函数调用将会覆盖r14，破坏第一个调用函数的返回
地址。
允许嵌套过程调用(包括递归调用)的标准过程将建
立一个栈完成。
例3-5 ARM中的过程调用。
C语言描述如下：
void f1(int a){
f2(a)；
}
ARM的C编译程序常规是用r13指
向栈顶。假定参数a已经传人栈中的f1()，
并且假设我们必须在调用f2()前将f2的参
数(碰巧是同一个值)入栈。
下面是包含对f2()调用的f1()的手写代码：
f1：LDR r0，[r13]；读取栈顶单元的内容到r0
；调用f2()
STMFA rl3!，{rl4} ；将f1返回地址存储到栈中
STMFA rl3!，{r0} ；将 f2 的参数保存到栈顶
BL f2
；跳转到 f2执行
；返回到f1()
SUB r13，#4 ； f2的参数出栈
LDR r13!，r15 ；返回到R15
我们用基址加偏移量寻址法将传入f1()
的参数值装入r0中。调用f2()时，先将f1()
的返回地址入栈，该地址在执行进入f1()的
分支链接指令时保存在r14中，然后将f2()
的参数入栈。
这两种情况下，我们都是使用自动增
长的地址来入栈和调节栈指针的。
要返回，我们首先要调整栈，将掩盖
了f1()返回地址的f2()的参数去掉；然后用
自动增长寻址弹出f1()的返回地址，放入
PC(r15)中。
3.8 混合语言编程
在应用系统的程序设计中，若所有
的编程任务均用汇编语言来完成，其工
作量是可想而知的，同时，不利于系统
升级或应用软件移植。
事实上，ARM体系结构支持C/C++
以及与汇编语言的混合编程，在一个完
整的程序设计中，除了初始化部分用汇
编语言完成以外，其主要的编程任务一
般都用C/C++完成。
汇编语言与C/C++的混合编程通常
有以下几种方式：
在C/C++代码中嵌入汇编指令；
2. 在汇编程序和C/C++的程序之间进
行变量的互访；
3. 汇编程序、C/C++程序间的相互调
用。
1.
在实际的编程应用中，使用较多的方
式是：

程序的初始化部分用汇编语言完成，
然后用C/C++完成主要的编程任务;

程序在执行时首先完成初始化过程，
然后跳转到C/C++程序代码中，汇编程序
和C/C++程序之间一般没有参数的传递，
也没有频繁的相互调用，因此，整个程序
的结构显得相对简单，容易理解，以下进
行详细介绍。
3.8.1如何在C语言内嵌汇编语言
在C程序中嵌入汇编程序，可以实现一些高级
语言所没有的功能，提高程序执行效率。
armcc编译器的内嵌汇编器支持ARM指令集，
tcc编译器的内嵌汇编器支持Thumb指令集。
1. 内嵌汇编的语法
__asm
{ 指令[;指令] ／*注释*／
……
[指令]
}
嵌入汇编程序如例3-6所示，给出了IRQ中断使
能/关闭函数enable_IRQ和 disable_IRQ。
例3-6 使能／禁能IRQ中断
__inline void enable_IRQ(void)
{
int tmp；
__asm
//嵌入汇编代码
{
MRS tmp，CPSR //读取CPSR的值
BIC tmp,tmp,#0x80
MSR CPSR_c,tmp
}
}
__inline void disable_IRQ(vold)
int tmp；
__asm
{
MRS tmp，CPSR
ORR tmp，tmp，#0x80
MSR CPSR_c，tmp
}
}
2. 内嵌汇编的指令用法
(1) 操作数
内嵌的汇编指令中作为操作数的寄存器和
常量可以是C表达式。
这些表达式可以是char、short或int类型，
而且这些表达式都是作为无符号数进行操
作。
若需要有符号数，用户需要自己处理与符
号有关的操作。
编译器将会计算这些表达式的值，并为其
分配寄存器。
(2) 物理寄存器
内嵌汇编中使用物理寄存器有以下限制：
不能直接向PC寄存器赋值，程序跳转只能使用B或
BL指令实现。
2. 使用物理寄存器的指令中，不要使用过于复杂的C
表达式。因为表达式过于复杂时，将会需要较多的
物理寄存器。这些寄存器可能与指令中的物理寄存
器在使用时发生冲突。
3. 编译器可能会使用R12或R13存放编译的中间结果。
在计算表达式的值时可能会将寄存器R0~R3、R12
和R14用于子程序调用。因此，在内嵌的汇编指令
中，不要将这些寄存器同时指定为指令中的物理存
储器。
4. 通常内嵌的汇编指令中不要指定物理寄存器，因为
这可能会影响编译器分配寄存器，进而影响代码的
效率。
1.
(3) 常量。在内嵌汇编指令中，常量前面的
“#”可以省略。
(4) 指令展开。内嵌的汇编指令中，如果包含
常量操作数，则该指令有可能被内嵌汇编器
展开成几条指令。
(5) 标号。C程序中的标号可以被内嵌的汇编
指令使用。但是只有指令B可以使用C程序中
的标号，而指令BL则不能使用。
(6) 内存单元的分配。所有的内存分配均由C
编译器完成，分配的内存单元通过变量供内
嵌汇编器使用。内嵌汇编器不支持内嵌汇编
程序中用于内存分配的伪指令。
(7) SWI和BL指令。
在内嵌的SWI和BL指令中，除了正常的操作
数域外，还必须增加以下3个可选的寄存器列
表：
1.第1个寄存器列表中的寄存器用于输入的参
数。
2.第2个寄存器列表中的寄存器用于存储返回
的结果。
3.第3个寄存器列表中的寄存器的内容可能被
被调用的子程序破坏，即这些寄存器是供被
调用的子程序作为工作寄存器。
3. 内嵌汇编器与armasm汇编器的差异
内嵌汇编器不支持通过“.”指示符或PC获取当前指
令地址；
 不支持“LDR Rn，＝expr”伪指令，而使用
“MOV Rn，expr”指令向寄存器赋值；
 不支持标号表达式；不支持ADR和ADRL伪指令；
 不支持BX指令；
 不能向PC赋值。

使用0x前缀代替“&”，表示十六进制数。
 当使用8位移位常数导致CPSR的ALU标志更新时，
N、Z、C和V标志中的C不具有真实意义。

4. 内嵌汇编注意事项
(1)必须小心使用物理寄存器.
如R0~R3、PC、LR和CPSR中的N、Z、C和V标
志位,因为计算汇编代码中的C表达式时,可能会使用这
些物理寄存器,并会修改N、Z、C和V 标志位。
例如：
__asm
{ MOV var，x
ADD y，var，x/y
}
计算x/y时R0会被修改。内嵌汇编器探测到隐含
的寄存器冲突就会报错。
（2）不要使用寄存器代替变量。尽管有时寄
存器明显对应某个变量，但也不能直接使用寄
存器代替变量。
例如：
int bad_f(int x) // x存放在R0中
{ __asm
{ ADD R0，R0，#1 //发生寄存器冲
突，实际上x的值没有变化
}
return(x)；
}
尽管根据编译器的编译规则似乎可以确
定R0对应x，但这样的代码会使内嵌汇编器
认为发生了寄存器冲突。
用其它寄存器代替R0存放参数x，使得
该函数将x原封不动地返回。
这段代码的正确写法如下：
int bad_f(int x)
{ __asm
{ ADD x，x，#1
}
return(x)；
}
(3) 使用内嵌式汇编无需保存和恢复寄存器。
事实上，除了CPSR和SPSR寄存器，对物理寄
存器先读后写都会引起汇编器报错。
例如：
int f(int x)
{ __asrn
{ STMFD SP!，{R0} //保存R0。先
读后写，汇编出错
ADD R0，x，l
EOR x，R0，x
LDMFD SP!，{R0}
}
return(x)；
}
(4)LDM和STM指令的寄存器列表
中只允许使用物理寄存器。
内嵌汇编可以修改处理器模式、协
处理器模式以及FP、SL、SB等APCS
寄存器。但是编译器在编译时并不了
解这些变化，因此必须保证在执行C代
码前恢复相应被修改的处理器模式。
(5) 汇编语言中的“，”号作为操作数分隔符。
如果有C表达式作为操作数，若表达式中包含
有“，”，则必须使用符号“(”和“)”将其归约为
一个汇编操作数。
例如：
__asm
{ ADD x，y，(f()，z)
有“，”的C表达式
}
//“f()，z”为一个带