Данное руководство не свзяанно с игрой Garry's mod!

Для примера мы будем использовать процессор микроконтроллера RP2040 от Raspberry Pi Foundation.

Написание программ на ассемблере для ARM Cortex-M0+ может показаться сложным на первый взгляд, но с пошаговым руководством это становится более понятным. В этом руководстве мы рассмотрим основные концепции, необходимые для создания полноценной программы на ассемблере, включая структуру программы, объявление данных, использование секций, инструкции и процесс компиляции и запуска программы.

Прежде чем приступить к написанию программ на ассемблере, важно понимать основные характеристики и возможности архитектуры ARM Cortex-M0+:

• Регистры:
  
  • R0 - R12: Регистры общего назначения.
    
  • R13 (SP): Указатель стека.
    
  • R14 (LR): Регистр возврата (Link Register).
    
  • R15 (PC): Счётчик команд (Program Counter).
  
  
• Набор инструкций:
  
  • Thumb: Cortex-M0+ использует набор инструкций Thumb, который является упрощённой версией полной архитектуры ARM, оптимизированной для встроенных систем.
  
  
• Память:
  
  • Flash: Для хранения программы.
    
  • RAM: Для хранения данных и переменных во время выполнения.
  
  
• Прерывания и исключения: Механизмы для обработки событий вне основного потока выполнения.

Программа на ассемблере для ARM Cortex-M0+ обычно состоит из нескольких секций:

• .text: Содержит исполняемый код.
  
• .data: Содержит инициализированные данные.
  
• .bss: Содержит неинициализированные данные (переменные, которые будут
  инициализированы во время выполнения).
  
• rodata: Содержит только для чтения данные, такие как строки.

Кроме того, могут использоваться различные директивы для определения глобальных символов, указания точек входа и других параметров.

Секция .text содержит исполняемый код программы. Здесь размещаются инструкции, которые процессор будет выполнять.

• .global _start: Делает символ _start глобальным, чтобы компоновщик знал точку входа программы.

Секция .data содержит инициализированные данные. Это переменные, которые имеют начальные значения.

Секция .bss содержит неинициализированные данные. Переменные в этой секции будут инициализированы нулями во время выполнения.

Секция .rodata содержит только для чтения данные, такие как строки.

• .syntax unified: Использует унифицированный синтаксис (Thumb/ARM).
  
• .thumb: Указывает на использование набора инструкций Thumb.
  
• .global: Делает символ глобальным.
  
• .extern: Объявляет внешний символ (например, функцию из другого файла).

• MOV: Перемещение данных.
  
  MOV R0, #10 ; Поместить число 10 в регистр R0 MOV R1, R0 ; Копировать значение из R0 в R1
• ADD: Сложение.
  
  ADD R2, R0, R1 ; R2 = R0 + R1
• SUB: Вычитание.
  
  SUB R3, R2, #5 ; R3 = R2 - 5
• MUL: Умножение.
  
  MUL R4, R0, R1 ; R4 = R0 * R1
• LDR: Загрузка из памяти.
  
  LDR R5, =variable ; Загрузить адрес переменной в R5 LDR R6, [R5] ; Загрузить значение по адресу R5 в R6
• STR: Сохранение в память.
  
  STR R6, [R5] ; Сохранить значение R6 по адресу R5
• B: Безусловный переход.
  
  B loop_start ; Переход к метке loop_start
• BL: Вызов подпрограммы (branch with link).
  
  BL function_name ; Вызов функции function_name
• BX: Переход по адресу в регистре (обычно для возврата из функции).
  
  BX LR ; Возврат из функции
• CMP: Сравнение.
  
  CMP R0, R1 ; Сравнить R0 и R1
• BEQ, BNE, BGT и т.д.: Условные переходы.
  
  BEQ equal_label ; Переход, если равны (Zero флаг установлен) BNE not_equal ; Переход, если не равны (Zero флаг сброшен)

Комментарии начинаются с точки с запятой ; или двойного косого слэша //.

Давайте напишем простую программу, которая выполняет следующие действия:

• Инициализирует два числа.
  
• Умножает их.
  
• Сохраняет результат.
  
• Завершает выполнение программы

• Директивы:
  
  • .syntax unified: Использует унифицированный синтаксис.
    
  • .thumb: Указывает на использование Thumb-инструкций.
    
  • .global _start: Делает символ _start точкой входа программы.
• Секция .text и точка входа _start:
  
  • MOV R0, #6: Помещает число 6 в регистр R0.
    
  • MOV R1, #7: Помещает число 7 в регистр R1.
    
  • MUL R2, R0, R1: Умножает значения в R0 и R1, результат помещается в R2.
    
  • B .: Безусловный переход на текущую метку (бесконечный цикл), чтобы программа не завершилась неожиданно.
• Секции .data, .bss, .rodata:
  
  • Используются для размещения данных, но в этом примере они пусты.

Чтобы превратить написанный ассемблерный код в исполняемый файл, необходимо выполнить несколько шагов: компиляция, связывание и создание файла ELF.

Создайте файл multiply.s с содержимым программы с кодом из прошлой части.

Создайте файл linker_script.ld с простым содержимым, определяющим расположение секций в памяти:

Используйте инструменты GNU для ARM (arm-none-eabi) для компиляции и связывания программы.
Они доступны на Unix и Unix-подобных системах.

• Ассемблирование:
  
• arm-none-eabi-as -mcpu=cortex-m0plus -mthumb -o multiply.o multiply.s
  • -mcpu=cortex-m0plus: Указывает целевой процессор.
    
  • -mthumb: Использует Thumb-инструкции.
    
  • -o multiply.o: Указывает имя выходного объектного файла.
• Связывание:
  
• arm-none-eabi-ld -T linker_script.ld -o multiply.elf multiply.o
  • -T linker_script.ld: Указывает linker script.
    
  • -o multiply.elf: Имя выходного ELF-файла.
    
  • multiply.o: Объектный файл для связывания.
• Проверка ELF-файла:
  
  • Вы можете использовать arm-none-eabi-objdump для просмотра содержимого ELF-файла.
• arm-none-eabi-objdump -d multiply.elf

QEMU — это эмулятор, который позволяет запускать и тестировать программы для различных архитектур, включая ARM Cortex-M0+.

Если QEMU ещё не установлен, установите его. Для Ubuntu/Debian:

Запустите вашу программу с помощью QEMU. Для Cortex-M0+ подойдёт, например, машина lm3s6965evb, которая поддерживает Cortex-M3, но для Cortex-M0+ можно использовать lm4f120xl или другую подходящую модель. Однако обратите внимание, что не все модели могут поддерживать Cortex-M0+ напрямую.

• -machine lm4f120xl: Выбор модели машины.
  
• -cpu cortex-m0plus: Указание процессора.
  
• -nographic: Отключение графического интерфейса.
  
• -kernel multiply.elf: Указание ELF-файла для загрузки.

Некоторые модели машин в QEMU могут не поддерживать Cortex-M0+ напрямую. В таком случае, используйте ближайшую поддерживаемую модель или проверьте актуальные версии QEMU на наличие поддержки.

В текущей программе результат умножения хранится в регистре R2. Чтобы просмотреть значение регистра, используйте отладчик, например, GDB.

• Изучите ARM Reference Manual:
  
  • Официальная документация ARM предоставляет подробную информацию о наборах инструкций, регистрах и архитектуре.
• Используйте комментарии:
  
  • Комментируйте свой код, чтобы легче было понимать логику программы.
• Разбивайте код на функции:
  
  • Это облегчает отладку и повторное использование кода.
• Практикуйтесь:
  
  • Напишите несколько простых программ, постепенно увеличивая их сложность.
• Используйте макросы и константы:
  
  • Это сделает ваш код более читаемым и управляемым.
• Отлаживайте регулярно:
  
  • Используйте GDB для проверки значений регистров и памяти на различных этапах выполнения программы.
• Изучите работу со стеком:
  
  • Понимание использования стека (PUSH, POP) важно для написания функций и работы с подпрограммами.
• Обращайтесь к примерам:
  
  • Изучение существующих примеров программ на ассемблере поможет лучше понять практическое применение инструкций.
• Оптимизируйте использование регистров:
  
  • Эффективное использование регистров повышает производительность и снижает энергопотребление.
• Будьте внимательны с адресацией памяти:
  
  • Ошибки в адресации могут привести к сбоям программы или непредсказуемому поведению.

Написание программ на ассемблере для ARM Cortex-M0+ требует внимательного подхода и понимания архитектуры процессора. Следуя этому руководству, вы сможете создавать простые программы, выполнять их компиляцию, связывание и запуск в эмуляторе QEMU. Практика и изучение более сложных примеров помогут вам углубить знания и создать более функциональные и оптимизированные программы.

Если у вас возникнут дополнительные вопросы или потребуется помощь с конкретными аспектами программирования на ассемблере для ARM Cortex-M0+, можете задать вопрос в комментариях к руководству.

Другие мои руководства:
https://steamoss.com/sharedfiles/filedetails/?id=3389441554
https://steamoss.com/sharedfiles/filedetails/?id=3386163984
https://steamoss.com/sharedfiles/filedetails/?id=3197737260
https://steamoss.com/sharedfiles/filedetails/?id=3390154519