第1课-栈初始化
概念解析
栈是一种具有后进先出性质的数据组织方式，栈底是第一个入栈数据所处的位置，一般用BP指针表示；栈顶是最后一个进栈数据所处的位置，一般用SP指针表示。
根据SP指针指向的位置，栈可以分为满栈和空栈：
满栈：堆栈指针SP总是指向最后压入堆栈的数据
空栈：堆栈指针SP总是指向下一个将要放入数据的位置
ARM采用满栈。
根据SP指针移动的方向，栈可以分为升栈和降栈：
升栈：随着数据的入栈，SP指针从低地址->高地址
降栈：随着数据的入栈，SP指针从高地址->低地址
ARM采用降栈。
栈帧
简单来说，栈帧（stack frame）就是一个函数所使用的那部分栈，所有函数的栈帧串起来就组成了一个完整的栈。栈帧的两个边界分别由fp(r11)和sp(r13)来限定，其他还有pc(r15)，lr(r15)。理论上来说ARM的15个通用寄存器是通用的，但实际并不是这样，以上这些寄存器在函数调用过程中所起的作用由APCS（ARM过程调用标准）决定。
栈的作用
在C语言中栈有以下几个作用：
- 保存局部变量
- 传递参数
- 保存寄存器的值
下面通过分析一个C语言程序的反汇编代码来验证栈的这几个作用。
#include
void func(int a,int b,int c,int d,int e,int f)
{
int k;
k = e + f;
}
void func2(int a,int b)
{
int k;
k = a + b;
}
void func1(int a,int b)
{
int c;
func2(3,4);
c = a + b;
}
int main()
{
int a = 1;
int b = 2;
func(1, 2, 3, 4, 5, 6);
func1(1, 2);
return 0;
}
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对这段代码进行测试，然后将反汇编文件输出到stack.dump，分析汇编文件的生成方式：
arm-linux-gcc -g stack.c -o stack arm-linux-objdump -D -S stack > stack.dump |
反汇编文件的关键代码如下所示：
int main()
{
83f0: e92d4800 push {fp, lr} @将fp和lr压栈后，sp指令会向下移动两个字的长度
83f4: e28db004 add fp, sp, #4 ; 0x4 @划定main函数栈的空间
83f8: e24dd010 sub sp, sp, #16 ; 0x10
int a = 1;
83fc: e3a03001 mov r3, #1 ; 0x1 @main函数的局部变量保存在main函数的栈帧上
8400: e50b300c str r3, [fp, #-12]
int b = 2;
8404: e3a03002 mov r3, #2 ; 0x2
8408: e50b3008 str r3, [fp, #-8]
func(1, 2, 3, 4, 5, 6);
840c: e3a03005 mov r3, #5 ; 0x5 @四个以上的参数的传递需要借助栈
8410: e58d3000 str r3, [sp]
8414: e3a03006 mov r3, #6 ; 0x6
8418: e58d3004 str r3, [sp, #4]
841c: e3a00001 mov r0, #1 ; 0x1 @前四个参数直接用寄存器r0~r1来传递
8420: e3a01002 mov r1, #2 ; 0x2
8424: e3a02003 mov r2, #3 ; 0x3
8428: e3a03004 mov r3, #4 ; 0x4
842c: ebffffc6 bl 834c
func1(1, 2);
8430: e3a00001 mov r0, #1 ; 0x1 @四个以下的参数直接用r0~r3来传送
8434: e3a01002 mov r1, #2 ; 0x2
8438: ebffffdd bl 83b4
return 0;
843c: e3a03000 mov r3, #0 ; 0x0
8440: e1a00003 mov r0, r3
8444: e24bd004 sub sp, fp, #4 ; 0x4
8448: e8bd4800 pop {fp, lr}
844c: e12fff1e bx lr
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void func(int a,int b,int c,int d,int e,int f)
{
834c: e52db004 push {fp} ; (str fp, [sp, #-4]!)
8350: e28db000 add fp, sp, #0 ; 0x0 @划定func函数栈的空间
8354: e24dd01c sub sp, sp, #28 ; 0x1c
8358: e50b0010 str r0, [fp, #-16] @将r0~r3中的参数值保存到func函数的栈帧中
835c: e50b1014 str r1, [fp, #-20]
8360: e50b2018 str r2, [fp, #-24]
8364: e50b301c str r3, [fp, #-28]
int k;
k = e + f;
8368: e59b3004 ldr r3, [fp, #4] @将第5、6个参数保存到r2 r3寄存器中
836c: e59b2008 ldr r2, [fp, #8]
8370: e0833002 add r3, r3, r2
8374: e50b3008 str r3, [fp, #-8] @将计算结果存放到func函数的栈帧中
}
8378: e28bd000 add sp, fp, #0 ; 0x0 @sp指向func函数栈帧的fp位置
837c: e8bd0800 pop {fp} @弹出fp，参考下面栈帧的示意图，fp又回到了main函数栈帧的fp位置
8380: e12fff1e bx lr @等效到mov pc, lr ，回到子程序的返回地址
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000083b4 :
void func1(int a,int b)
{
83b4: e92d4800 push {fp, lr}
83b8: e28db004 add fp, sp, #4 ; 0x4
83bc: e24dd010 sub sp, sp, #16 ; 0x10
83c0: e50b0010 str r0, [fp, #-16] @下一步将调用func2，所以需要将r0,r1的值保存在func1的栈上
83c4: e50b1014 str r1, [fp, #-20] @以便于在调用func2时再次使用r0,r1来传递参数
int c;
func2(3,4);
83c8: e3a00003 mov r0, #3 ; 0x3
83cc: e3a01004 mov r1, #4 ; 0x4
83d0: ebffffeb bl 8384
c = a + b;
83d4: e51b3010 ldr r3, [fp, #-16]
83d8: e51b2014 ldr r2, [fp, #-20]
83dc: e0833002 add r3, r3, r2
83e0: e50b3008 str r3, [fp, #-8]
}
83e4: e24bd004 sub sp, fp, #4 ; 0x4
83e8: e8bd4800 pop {fp, lr}
83ec: e12fff1e bx lr
00008384 :
void func2(int a,int b)
{
8384: e52db004 push {fp} ; (str fp, [sp, #-4]!)
8388: e28db000 add fp, sp, #0 ; 0x0
838c: e24dd014 sub sp, sp, #20 ; 0x14
8390: e50b0010 str r0, [fp, #-16]
8394: e50b1014 str r1, [fp, #-20]
int k;
k = a + b;
8398: e51b3010 ldr r3, [fp, #-16]
839c: e51b2014 ldr r2, [fp, #-20]
83a0: e0833002 add r3, r3, r2
83a4: e50b3008 str r3, [fp, #-8]
}
83a8: e28bd000 add sp, fp, #0 ; 0x0
83ac: e8bd0800 pop {fp}
83b0: e12fff1e bx lr
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栈初始化编程
栈的初始化只需对sp指针进行赋值即可，以下代码将sp指向第64MB内存空间。
stack_init:
ldr sp, =0x54000000 @从内存的64MB处开始安排栈
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第2课-初始化BSS段
BSS段用于存储程序中未初始过的全局变量，这个段的内容并不会出现在程序的可执行文件中，但是会在装载的过程中为bss段的内容分配空间。为bss段分配的空间要进行一次清零，这也是为什么位于bss段的变量值为0的原因。初始化bss段，也就是完成这个清零操作。
注意，清空bss段需要知道bss段的起始和结束地址，这个地址是在链接脚本中用相关变量描述的，在链接脚本中有如下内容：
则bss_start和bss_end就是bss段的起始和结束地址，初始化bss段的代码如下：
clear_bss:
ldr r0, =bss_start
ldr r1, =bss_end
cmp r0, r1
moveq pc, lr @bss段为空，不需要清空
clear_loop:
mov r2, #0
str r2, [r0], #4
cmp r0, r1
bne clear_loop
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第3课-一跃进入C大门
这部分将讲解的是如何像uboot的第二启动阶段那样从汇编语言跳转到C语言。我们一般认为C语言的代码位于内存中，而汇编代码则位于ISRAM中，因此，跳转的方式必须要使用绝对跳转，而不是B和BL这样的相对跳转。
注意，之前的程序有一步是完成代码的拷贝，拷贝的具体内容是把位于ISRAM上的启动代码拷贝到内存，所以内存和ISRAM上都有相同的代码，使用B和BL的方式跳转或许可以让代码执行，但不是我们要测试的重点，我们要做的事情就是，跳转到内存中的那部分代码去执行，而不是ISRAM。要完成这个跳转只能使用绝对跳转。
跳转的语句如下，其中gboot_main是位于单独的c语言文件中的函数：
start.S:
ldr pc, =gboot_main @跳转到c语言中去执行 |
main.c:
#define GPMCON (*(volatile unsigned long *)0x7F008820)
#define GPMDAT (*(volatile unsigned long *)0x7F008824)
int gboot_main()
{
GPMCON = 0x1111; //点亮LED灯
GPMDAT = 0xe;
return 0;
}
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第4课-C与汇编混合编程
汇编调用C函数
直接将函数名赋值给pc指针即可。
ldr pc, =gboot_main |
C调用汇编函数
汇编的语句标号加上括号即可。
汇编：
.global light_led @将汇编语句标号声明为全局符号 light_led: ... |
C语言：
light_led(); |
C内嵌汇编代码
格式：
__asm__(
汇编语句部分
：输出部分（可能修改的C语言中的变量）
：输入部分（需要使用的C语言中的变量）
：破坏描述部分（可能修改的寄存器的值）
);
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示例1：
void write_p15_c1(unsigned long value)
{
__asm__(
"mcr p15, 0, %0, c1, c0, 0\n"
:
:"r"(value) @编译器选择一个R*寄存器
);
}
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示例2：
unsigned long read_p15_c1(void)
{
unsigned long value;
__asm__(
"mrc p15, 0, %0, c1, c0, 0\n"
:"=r"(value) @"="表示只写操作数，用于输出部
:
:"memory"
);
return value;
}
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示例3：使用volatile来告诉编译器不要进行优化
unsigned long old;
unsigned long temp;
__asm__ volatile(
"mrs %0, cpsr \n"
"orr %1, %0, #128\n"
"msr cpsr_c, %1\n"
:"=r"(old), "=r"(temp)
:
:"memory"
);
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