嵌入式系統(tǒng)匯編指令教學(xué)探討

張?zhí)m芳　紀娟娟

具有強大功能的嵌入式系統(tǒng)，目前已作為電信、微電子等專業(yè)的專業(yè)課程，也是相關(guān)專業(yè)學(xué)生就業(yè)的一個良好方向。如何讓學(xué)生快速掌握嵌入式系統(tǒng)匯編指令，能夠進行簡單的程序設(shè)計，為學(xué)生的就業(yè)打下良好基礎(chǔ)，是本門課程亟待解決的問題。本文利用ADS開發(fā)環(huán)境對嵌入式匯編指令的學(xué)習(xí)進行了探討，為《嵌入式系統(tǒng)》教學(xué)提供參考。

嵌入式系統(tǒng)ADS匯編指令具有系統(tǒng)內(nèi)核小、專用性強、系統(tǒng)精簡、實時性高等特性的嵌入式系統(tǒng)，目前已在許多領(lǐng)域中掀起了嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的熱潮。為了適應(yīng)社會人才的需要以及解決本專業(yè)學(xué)生的就業(yè)工作問題，給本院電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)生課設(shè)了嵌入式課程。

嵌入式作為以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)，對硬件和軟件的要求都相當(dāng)高。學(xué)生可以通過開發(fā)板、實驗箱等了解開發(fā)系統(tǒng)的處理器及相關(guān)設(shè)備，學(xué)生普遍反映匯編語言下的底層文件、初始化文件、控制命令都看不懂。因此，掌握匯編指令是嵌入式系統(tǒng)學(xué)習(xí)的難點，為了解決該問題，本文借助嵌入式開發(fā)集成環(huán)境ADS對如何快速掌握嵌入式匯編指令進行了探討和嘗試。

一、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)過程

（一）ADS簡介

ADS及ARM Developer Suite的縮寫，是Metrowerks公司在1993年開發(fā) ARM處理器下最主要的開發(fā)工具。ADS是全套的實時開發(fā)軟件工具，編譯器生成的代碼密度和執(zhí)行速度都較優(yōu)異。

ADS對匯編、C/C++、java均有很好的支持，是目前最成熟的ARM開發(fā)工具。ADS有ARM擴展調(diào)試器（AXD，ARM Extended Debugger）、ARM 符號調(diào)試器（ARMSD，ARM Symbolic Debugger）、與老版本兼容的Windows或Unix下的ARM調(diào)試工具（ADW/ADU，Application Debugger Windows/Unix）等三種調(diào)試器。

AXD不僅擁有低版本ARM調(diào)試器的所有功能，還新添了圖形用戶界面，更方便的視窗管理數(shù)據(jù)顯示，格式化和編輯以及全套的命令行界面。該產(chǎn)品還包括Real Monitor（可以在前臺調(diào)試的同時斷點續(xù)存并且在不中斷應(yīng)用的情況下讀寫內(nèi)存跟蹤調(diào)試工具）。

（二）ADS工程開發(fā)過程

ADS工程開發(fā)和前期課程學(xué)習(xí)的單片機開發(fā)環(huán)境KEIL有很多地方是類似的，但是它的位置又復(fù)雜了一些。ADS工程開發(fā)過程主要分為以下三個過程：

1.建立工程

（1）在建立工程時有7個選項，如圖1所示。ARM處理器有32位ARM和16位Thumb兩種工作狀態(tài)，一般工作在32位狀態(tài)下，因此一般選擇第一項，ARM Executable Image是ARM的通用模板，選中它即可生成ARM的執(zhí)行文件。

（2）對于Debug Setting的ARM linker是工程設(shè)置的重點， 在output欄中設(shè)定程序的代碼段地址，以及數(shù)據(jù)使用的地址。圖2中的RO Base欄中填寫程序代碼存放的起始地址，RW Base欄中填寫程序數(shù)據(jù)存放的起始地址。在Layout欄中，如圖3，在Place at beginning of image框內(nèi)，需要填寫項目的入口程序的目標(biāo)文件名，如，整個工程項目的入口程序是44binit.s，那么應(yīng)在Object/Symbol處填寫其目標(biāo)文件名44binit.o，在Section處填寫程序入口的起始段標(biāo)號。它的作用是通知編譯器，整個項目的開始運行，是從該段開始的。

2.編譯和鏈接工程

將編輯好的程序代碼進行保存添加到工程中去，點擊make即可實現(xiàn)整個工程的編譯鏈接，若編譯成功，會出現(xiàn)編譯錯誤為0的報告，接下來就可對工程進行仿真調(diào)試。

3.仿真調(diào)試

點擊debug，IDE環(huán)境就會啟動AXD調(diào)試軟件。如果沒啟動就要對其目標(biāo)進行設(shè)定，如圖4所示，在軟件仿真時選擇ARMULATOR。

二、如何快速掌握匯編指令

匯編語言是學(xué)生學(xué)習(xí)多門課程的難點，而對于一些I/O、底層文件等又必須要用匯編，實際中幾乎每個工程都要用匯編的，因此匯編語言的掌握是嵌入式開發(fā)的關(guān)鍵。雖然學(xué)生在前期《微機原理》《單片機》《DSP》等課程中已學(xué)習(xí)了匯編語言，大家知道，每一種處理器它所用的匯編語言是不同的，也就是說，對于《嵌入式系統(tǒng)》課程又要重新學(xué)習(xí)匯編語言，嵌入式有100條指令，實際應(yīng)用中又與條件碼一起用，因此嵌入式匯編語言相比前幾門課程難度更大。

（一）利用前期基礎(chǔ)來學(xué)習(xí)指令

前期基礎(chǔ)主要包括2個，一個是要把學(xué)生的英語調(diào)動起來，二是利用前期專業(yè)課程的指令。

1.利用英語單詞熟記條件碼

由于條件碼較多，學(xué)生經(jīng)?；煜?，當(dāng)與指令一起時更不知什么意思了。因此，在教學(xué)中經(jīng)常引導(dǎo)學(xué)生用英語單詞的方法來記條件碼。如EQ和NE條件碼，在教學(xué)中會問學(xué)生“相等，等于”的英語怎么譯，即“equal”，那么EQ就是“equal”的縮寫，即是“相等，等于”條件的判定，對應(yīng)著程序狀態(tài)寄存器CPSR中的“Z=1”的標(biāo)志。同理，NE就是“not equal”，不相等，不等于條件的判定，對應(yīng)著 “Z=1”的標(biāo)志。

2.利用英語詞匯熟記指令

指令與條件碼有些近似，大部分都是某些詞匯的縮寫。把握住此規(guī)律，指令的掌握也就沒那么難了。如ARM中用的比較多的存儲器和寄存器之間傳送數(shù)據(jù)的LDR和STR指令。LDR是“Load Register”的縮寫，即加載寄存器，將某存儲器單元中的內(nèi)容裝載到某寄存器中去。STR是“Store Register”的縮寫，即存儲寄存器，將某寄存器中的內(nèi)容存儲到某存儲器單元中去。通過實際教學(xué)發(fā)現(xiàn)，把握此規(guī)律的學(xué)生指令明顯掌握的較為牢靠。endprint

3.把前期課程學(xué)習(xí)的匯編指令搬出來

雖然嵌入式系統(tǒng)和前期課程學(xué)習(xí)的匯編指令不太相同，但有一部分指令是相通的。

如“MOV”傳送指令，算術(shù)運算中的加、減“ADD、SUB”，邏輯運算中的與“AND”等功能基本相同，而且指令的書寫是完全相同的，但是參加運算的數(shù)據(jù)、寄存器等是不一樣的，它們基本對應(yīng)著32位字的狀態(tài)下的。

（二）從簡單入手，激發(fā)學(xué)生興趣

雖然跟學(xué)生說了多種熟記指令的方法，但是當(dāng)多條指令放在一起，即使是一段很簡單的程序代碼，學(xué)生依然很難理解讀出程序的功能。這時，就要充分利用實驗來加強鍛煉學(xué)生的程序讀寫能力。首先要讓學(xué)生多抄、多讀程序，然后在要求學(xué)生從簡單的程序設(shè)計開始。即從抄程序中學(xué)匯編，從簡單中寫匯編。那么能否一開始就能讀懂一些簡單的程序代碼，直接關(guān)系到學(xué)生對本門課程的興趣，因此，如何引導(dǎo)學(xué)生快速入門很關(guān)鍵，而ADS的多種調(diào)試功能可以為快速入門提供便捷之道。

例1：請讀出下面程序代碼的功能

本程序只有8行代碼，讓學(xué)生第一感覺就很簡單。但是本程序卻包含了很多信息。首先給學(xué)生逐行分析每條指令，分給出一些提示。

（1）匯編程序的基本格式，以AREA聲明某代碼段的開始，以END結(jié)束；

（2）第②行ENTRY是程序入口標(biāo)識，是所有匯編指令必須有的偽指令；

（3）第③行CODE聲明32為指令，因此建立工程時選擇第一項，如圖1所示；

（4）第④行START是程序段的標(biāo)號，書寫時必須頂格，否則是編譯不過去的，第四行和第五行的MOV指令在前期課程中已學(xué)過的；

（5）第六行中ADDS，ADD指令學(xué)生也已學(xué)過，加了S是帶有條件碼更新的意思，而此時和ADD功能是一樣的；

（6）第⑥行B是跳轉(zhuǎn)指令，即跳轉(zhuǎn)到標(biāo)號START處繼續(xù)運行。

然后讓學(xué)生建立工程和文件，并把該程序代碼輸入進去，進行編譯調(diào)試，先讓學(xué)生自己解決編譯調(diào)試的問題。學(xué)生主要會出現(xiàn)以下問題：

（1）編譯時出現(xiàn)錯誤很緊張，不知怎么辦，上來就叫老師；

（2）學(xué)生運行時結(jié)果一直不出來或者結(jié)果不一樣；

（3）具體功能不會表達。

可用以下方法來解決：

（1）對編譯錯誤的同學(xué)進行引導(dǎo)，當(dāng)出現(xiàn)錯誤時，光標(biāo)會出現(xiàn)在源代碼的對應(yīng)行，到該行中去查看代碼找出錯誤。

（2）提問結(jié)果為什么不一樣，程序的運行過程是什么，關(guān)鍵是斷點的設(shè)置，即要在本程序的第7行設(shè)置斷點。本程序的運行是一個死循環(huán)。

（3）讓學(xué)生們以單步運行的方式，運行程序，同時打開寄存器組，查看對應(yīng)寄存器的值。

當(dāng)以單步運行時，學(xué)生可看到，R0=0x0000000F，R1=0x00000008，之后R0變?yōu)?x00000017，如圖5所示。

可以給學(xué)生一些提示，15+8=？這個答案對不對呢？0x是什么意思呢，是不是16進制數(shù)的表示，將0x00000017轉(zhuǎn)換為10進制是不是23，而15+8=23。因此結(jié)果是對的，此程序的功能就是計算15+8=？

如果采用斷點的方法，來全速運行該程序能否得到正確結(jié)果？這個斷點應(yīng)該設(shè)在哪里？讓學(xué)生自己思考嘗試。最后對于沒掌握調(diào)試方法，依然不明白程序的同學(xué)逐個給予解答。

三、結(jié)論

匯編語言本身零碎的東西特別多，對于學(xué)生提出的問題必須耐心及時的引導(dǎo)，采用最簡單的方法讓學(xué)生快速掌握匯編指令以進行簡單程序的設(shè)計是嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的基本要求。在本課程實踐教學(xué)中，通過多種方式的引導(dǎo)，雖然學(xué)生在本課程中花的時間較少，對于簡單程序設(shè)計都感覺不難，對本門課程的興趣也很高。有一部分同學(xué)自己買了開發(fā)板，自己在寢室進行深入學(xué)習(xí)，課堂上與大家一起探討在學(xué)習(xí)調(diào)試中遇到的問題。

參考文獻：

[1]何加銘.嵌入式32位微處理器系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006.

[2]張義磊，丁濤，安吉宇.三星S3C2410在嵌入式工業(yè)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].長春理工大學(xué)學(xué)報，2004.

[3]魏洪興，胡亮，曲學(xué)樓.嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與實例開發(fā)實驗教材Ⅱ——基于ARM9處理器與Lmux操作系統(tǒng)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.

[4]劉全金，江建生.談《通信原理》課程的“口訣式”教學(xué)[J].安慶師范學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2011，17（3）：103-105.endprint

3.把前期課程學(xué)習(xí)的匯編指令搬出來

雖然嵌入式系統(tǒng)和前期課程學(xué)習(xí)的匯編指令不太相同，但有一部分指令是相通的。

如“MOV”傳送指令，算術(shù)運算中的加、減“ADD、SUB”，邏輯運算中的與“AND”等功能基本相同，而且指令的書寫是完全相同的，但是參加運算的數(shù)據(jù)、寄存器等是不一樣的，它們基本對應(yīng)著32位字的狀態(tài)下的。

（二）從簡單入手，激發(fā)學(xué)生興趣

雖然跟學(xué)生說了多種熟記指令的方法，但是當(dāng)多條指令放在一起，即使是一段很簡單的程序代碼，學(xué)生依然很難理解讀出程序的功能。這時，就要充分利用實驗來加強鍛煉學(xué)生的程序讀寫能力。首先要讓學(xué)生多抄、多讀程序，然后在要求學(xué)生從簡單的程序設(shè)計開始。即從抄程序中學(xué)匯編，從簡單中寫匯編。那么能否一開始就能讀懂一些簡單的程序代碼，直接關(guān)系到學(xué)生對本門課程的興趣，因此，如何引導(dǎo)學(xué)生快速入門很關(guān)鍵，而ADS的多種調(diào)試功能可以為快速入門提供便捷之道。

例1：請讀出下面程序代碼的功能

本程序只有8行代碼，讓學(xué)生第一感覺就很簡單。但是本程序卻包含了很多信息。首先給學(xué)生逐行分析每條指令，分給出一些提示。

（1）匯編程序的基本格式，以AREA聲明某代碼段的開始，以END結(jié)束；

（2）第②行ENTRY是程序入口標(biāo)識，是所有匯編指令必須有的偽指令；

（3）第③行CODE聲明32為指令，因此建立工程時選擇第一項，如圖1所示；

（4）第④行START是程序段的標(biāo)號，書寫時必須頂格，否則是編譯不過去的，第四行和第五行的MOV指令在前期課程中已學(xué)過的；

（5）第六行中ADDS，ADD指令學(xué)生也已學(xué)過，加了S是帶有條件碼更新的意思，而此時和ADD功能是一樣的；

（6）第⑥行B是跳轉(zhuǎn)指令，即跳轉(zhuǎn)到標(biāo)號START處繼續(xù)運行。

然后讓學(xué)生建立工程和文件，并把該程序代碼輸入進去，進行編譯調(diào)試，先讓學(xué)生自己解決編譯調(diào)試的問題。學(xué)生主要會出現(xiàn)以下問題：

（1）編譯時出現(xiàn)錯誤很緊張，不知怎么辦，上來就叫老師；

（2）學(xué)生運行時結(jié)果一直不出來或者結(jié)果不一樣；

（3）具體功能不會表達。

可用以下方法來解決：

（1）對編譯錯誤的同學(xué)進行引導(dǎo)，當(dāng)出現(xiàn)錯誤時，光標(biāo)會出現(xiàn)在源代碼的對應(yīng)行，到該行中去查看代碼找出錯誤。

（2）提問結(jié)果為什么不一樣，程序的運行過程是什么，關(guān)鍵是斷點的設(shè)置，即要在本程序的第7行設(shè)置斷點。本程序的運行是一個死循環(huán)。

（3）讓學(xué)生們以單步運行的方式，運行程序，同時打開寄存器組，查看對應(yīng)寄存器的值。

當(dāng)以單步運行時，學(xué)生可看到，R0=0x0000000F，R1=0x00000008，之后R0變?yōu)?x00000017，如圖5所示。

可以給學(xué)生一些提示，15+8=？這個答案對不對呢？0x是什么意思呢，是不是16進制數(shù)的表示，將0x00000017轉(zhuǎn)換為10進制是不是23，而15+8=23。因此結(jié)果是對的，此程序的功能就是計算15+8=？

如果采用斷點的方法，來全速運行該程序能否得到正確結(jié)果？這個斷點應(yīng)該設(shè)在哪里？讓學(xué)生自己思考嘗試。最后對于沒掌握調(diào)試方法，依然不明白程序的同學(xué)逐個給予解答。

三、結(jié)論

匯編語言本身零碎的東西特別多，對于學(xué)生提出的問題必須耐心及時的引導(dǎo)，采用最簡單的方法讓學(xué)生快速掌握匯編指令以進行簡單程序的設(shè)計是嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的基本要求。在本課程實踐教學(xué)中，通過多種方式的引導(dǎo)，雖然學(xué)生在本課程中花的時間較少，對于簡單程序設(shè)計都感覺不難，對本門課程的興趣也很高。有一部分同學(xué)自己買了開發(fā)板，自己在寢室進行深入學(xué)習(xí)，課堂上與大家一起探討在學(xué)習(xí)調(diào)試中遇到的問題。

參考文獻：

[1]何加銘.嵌入式32位微處理器系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006.

[2]張義磊，丁濤，安吉宇.三星S3C2410在嵌入式工業(yè)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].長春理工大學(xué)學(xué)報，2004.

[3]魏洪興，胡亮，曲學(xué)樓.嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與實例開發(fā)實驗教材Ⅱ——基于ARM9處理器與Lmux操作系統(tǒng)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.

[4]劉全金，江建生.談《通信原理》課程的“口訣式”教學(xué)[J].安慶師范學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2011，17（3）：103-105.endprint

3.把前期課程學(xué)習(xí)的匯編指令搬出來

雖然嵌入式系統(tǒng)和前期課程學(xué)習(xí)的匯編指令不太相同，但有一部分指令是相通的。

如“MOV”傳送指令，算術(shù)運算中的加、減“ADD、SUB”，邏輯運算中的與“AND”等功能基本相同，而且指令的書寫是完全相同的，但是參加運算的數(shù)據(jù)、寄存器等是不一樣的，它們基本對應(yīng)著32位字的狀態(tài)下的。

（二）從簡單入手，激發(fā)學(xué)生興趣

雖然跟學(xué)生說了多種熟記指令的方法，但是當(dāng)多條指令放在一起，即使是一段很簡單的程序代碼，學(xué)生依然很難理解讀出程序的功能。這時，就要充分利用實驗來加強鍛煉學(xué)生的程序讀寫能力。首先要讓學(xué)生多抄、多讀程序，然后在要求學(xué)生從簡單的程序設(shè)計開始。即從抄程序中學(xué)匯編，從簡單中寫匯編。那么能否一開始就能讀懂一些簡單的程序代碼，直接關(guān)系到學(xué)生對本門課程的興趣，因此，如何引導(dǎo)學(xué)生快速入門很關(guān)鍵，而ADS的多種調(diào)試功能可以為快速入門提供便捷之道。

例1：請讀出下面程序代碼的功能

本程序只有8行代碼，讓學(xué)生第一感覺就很簡單。但是本程序卻包含了很多信息。首先給學(xué)生逐行分析每條指令，分給出一些提示。

（1）匯編程序的基本格式，以AREA聲明某代碼段的開始，以END結(jié)束；

（2）第②行ENTRY是程序入口標(biāo)識，是所有匯編指令必須有的偽指令；

（3）第③行CODE聲明32為指令，因此建立工程時選擇第一項，如圖1所示；

（4）第④行START是程序段的標(biāo)號，書寫時必須頂格，否則是編譯不過去的，第四行和第五行的MOV指令在前期課程中已學(xué)過的；

（5）第六行中ADDS，ADD指令學(xué)生也已學(xué)過，加了S是帶有條件碼更新的意思，而此時和ADD功能是一樣的；

（6）第⑥行B是跳轉(zhuǎn)指令，即跳轉(zhuǎn)到標(biāo)號START處繼續(xù)運行。

然后讓學(xué)生建立工程和文件，并把該程序代碼輸入進去，進行編譯調(diào)試，先讓學(xué)生自己解決編譯調(diào)試的問題。學(xué)生主要會出現(xiàn)以下問題：

（1）編譯時出現(xiàn)錯誤很緊張，不知怎么辦，上來就叫老師；

（2）學(xué)生運行時結(jié)果一直不出來或者結(jié)果不一樣；

（3）具體功能不會表達。

可用以下方法來解決：

（1）對編譯錯誤的同學(xué)進行引導(dǎo)，當(dāng)出現(xiàn)錯誤時，光標(biāo)會出現(xiàn)在源代碼的對應(yīng)行，到該行中去查看代碼找出錯誤。

（2）提問結(jié)果為什么不一樣，程序的運行過程是什么，關(guān)鍵是斷點的設(shè)置，即要在本程序的第7行設(shè)置斷點。本程序的運行是一個死循環(huán)。

（3）讓學(xué)生們以單步運行的方式，運行程序，同時打開寄存器組，查看對應(yīng)寄存器的值。

當(dāng)以單步運行時，學(xué)生可看到，R0=0x0000000F，R1=0x00000008，之后R0變?yōu)?x00000017，如圖5所示。

可以給學(xué)生一些提示，15+8=？這個答案對不對呢？0x是什么意思呢，是不是16進制數(shù)的表示，將0x00000017轉(zhuǎn)換為10進制是不是23，而15+8=23。因此結(jié)果是對的，此程序的功能就是計算15+8=？

如果采用斷點的方法，來全速運行該程序能否得到正確結(jié)果？這個斷點應(yīng)該設(shè)在哪里？讓學(xué)生自己思考嘗試。最后對于沒掌握調(diào)試方法，依然不明白程序的同學(xué)逐個給予解答。

三、結(jié)論

匯編語言本身零碎的東西特別多，對于學(xué)生提出的問題必須耐心及時的引導(dǎo)，采用最簡單的方法讓學(xué)生快速掌握匯編指令以進行簡單程序的設(shè)計是嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的基本要求。在本課程實踐教學(xué)中，通過多種方式的引導(dǎo)，雖然學(xué)生在本課程中花的時間較少，對于簡單程序設(shè)計都感覺不難，對本門課程的興趣也很高。有一部分同學(xué)自己買了開發(fā)板，自己在寢室進行深入學(xué)習(xí)，課堂上與大家一起探討在學(xué)習(xí)調(diào)試中遇到的問題。

參考文獻：

[1]何加銘.嵌入式32位微處理器系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006.

[2]張義磊，丁濤，安吉宇.三星S3C2410在嵌入式工業(yè)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].長春理工大學(xué)學(xué)報，2004.

[3]魏洪興，胡亮，曲學(xué)樓.嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與實例開發(fā)實驗教材Ⅱ——基于ARM9處理器與Lmux操作系統(tǒng)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.

[4]劉全金，江建生.談《通信原理》課程的“口訣式”教學(xué)[J].安慶師范學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2011，17（3）：103-105.endprint