Cortex-A7处理器压栈出栈和跳转汇编指令

我们通常会在 A 函数中调用 B 函数，当 B 函数执行完以后再回到 A 函数继续执行。要想在跳回A 函数以后代码能够接着正常运行，那就必须在跳到 B 函数之前将当前处理器状态保存起来(就是保存 R0~R15 这些寄存器值)，当 B 函数执行完成以后再用前面保存的寄存器值恢复R0~R15 即可。保存 R0~R15 寄存器的操作就叫做现场保护，恢复 R0~R15 寄存器的操作就叫做恢复现场。在进行现场保护的时候需要进行压栈(入栈)操作，恢复现场就要进行出栈操作。压栈的指令为 PUSH，出栈的指令为 POP，PUSH 和 POP 是一种多存储和多加载指令，即可以一次操作多个寄存器数据，他们利用当前的栈指针 SP 来生成地址，PUSH 和POP 的用法如下图所示：

假如我们现在要将 R0~R3 和 R12 这 5 个寄存器压栈，当前的 SP 指针指向 0X80000000，处理器的堆栈是向下增长的，使用的汇编代码如下：

PUSH {R0~R3, R12} @将R0~R3 和R12 压栈

压栈完成以后的堆栈如图所示：

上图就是对R0~R3,R12 进行压栈以后的堆栈示意图，此时的SP 指向了0X7FFFFFEC，假如我们现在要再将 LR 进行压栈，汇编代码如下：

POP {LR} @先恢复LR

POP {R0~R3,R12} @在恢复R0~R3,R12

对 LR 进行压栈完成以后的堆栈模型如图所示：

上图就是分两步对 R0~R3,R2 和 LR 进行压栈以后的堆栈模型，如果我们要出栈的话就是使用如下代码：

1 STMFD SP!,{R0~R3, R12} @R0~R3,R12 入栈

2 STMFD SP!,{LR} @LR 出栈

3

4 LDMFD SP!, {LR} @先恢复 LR

5 LDMFD SP!, {R0~R3, R12} @在恢复 R0~R3, R12

出栈的就是从栈顶，也就是 SP 当前执行的位置开始，地址依次减小来提取堆栈中的数据到要恢复的寄存器列表中。PUSH 和 POP 的另外一种写法是“STMFD SP！”和“LDMFD SP!”，因此上面的汇编代码可以改为：

1 STMFD SP!,{R0~R3, R12} @R0~R3,R12 入栈

2 STMFD SP!,{LR} @LR 出栈

3

4 LDMFD SP!, {LR} @先恢复 LR

5 LDMFD SP!, {R0~R3, R12} @在恢复 R0~R3, R12

STMFD 可以分为两部分：STM 和 FD，同理，LDMFD 也可以分为LDM 和 FD。看到 STM和 LDM 有没有觉得似曾相识(不是 STM32 啊啊啊啊)，前面我们讲了 LDR 和 STR，这两个是数据加载和存储指令，但是每次只能读写存储器中的一个数据。STM 和LDM 就是多加载和多存储，可以连续的读写存储器中的多个连续数据。

FD 是 Full Descending 的缩写，即满递减的意思。根据 ATPCS 规则,ARM 使用的 FD 类型的堆栈，SP 指向最后最后一个入栈的数值，堆栈是由高地址向下增长的，也就是前面说的向下增长的堆栈，因此最常用的指令就是 STMFD 和 LDMFD。STM 和 LDM 的指令寄存器列表中编号小的对应低地址，编号高的对应高地址。

二、 跳转指令

有多种跳转操作，比如：

①、直接使用跳转指令B、BL、BX 等。

②、直接向 PC 寄存器里面写入数据。

上述两种方法都可以完成跳转操作，但是一般常用的还是 B、BL 或 BX，用法如下图所示：

我们重点来看一下 B 和 BL 指令，因为这两个是我们用的最多的，如果要在汇编中进行函数调用使用的就是B 和BL 指令：

1、B 指令

这是最简单的跳转指令，B 指令会将 PC 寄存器的值设置为跳转目标地址， 一旦执行 B 指令，ARM 处理器就会立即跳转到指定的目标地址。如果要调用的函数不会再返回到原来的执行处，那就可以用 B 指令，如下示例：

1 _start:

2

3 ldr sp,=0X80200000 @设置栈指针

4 b main @跳转到 main 函数

上述代码就是典型的在汇编中初始化C 运行环境，然后跳转到 C 文件的 main 函数中运行，上述代码只是初始化了 SP 指针，有些处理器还需要做其他的初始化，比如初始化 DDR 等等。因为跳转到C 文件以后再也不会回到汇编了，所以在第 4 行使用了 B 指令来完成跳转。

2、BL 指令

BL 指令相比B 指令，在跳转之前会在寄存器 LR(R14)中保存当前PC 寄存器值，所以可以通过将 LR 寄存器中的值重新加载到 PC 中来继续从跳转之前的代码处运行，这是子程序调用一个基本但常用的手段。比如 Cortex-A 处理器的 irq 中断服务函数都是汇编写的，主要用汇编来实现现场的保护和恢复、获取中断号等。但是具体的中断处理过程都是C 函数，所以就会存在汇编中调用 C 函数的问题。而且当 C 语言版本的中断处理函数执行完成以后是需要返回到irq 汇编中断服务函数，因为还要处理其他的工作，一般是恢复现场。这个时候就不能直接使用B 指令了，因为 B 指令一旦跳转就再也不会回来了，这个时候要使用 BL 指令，如是示例代码：

1 push {r0, r1} @保存 r0,r1

2 cps #0x13 @进入 SVC 模式，允许其他中断再次进去

3

5 bl system_irqhandler @加载 C 语言中断处理函数到 r2 寄存器中

6

7 cps #0x12 @进入 IRQ 模式

8 pop {r0, r1}

9 str r0, [r1, #0X10] @中断执行完成，写 EOIR

上述代码中第 5 行就是执行 C 语言版的中断处理函数，当处理完成以后是需要返回来继续执行下面的程序，所以使用了BL 指令。