第9章 计算机体系结构
第1-6节 参考前文
第7节 ARM汇编语言
7.1 程序框架
（1）数据段Data
初始化的数据： 初始的全局变量
未初始化的数据：未初始化的全局变量
堆heap：malloc的内存或数据
栈stack：函数的局部变量
（2）代码段Text：只读
7.2 ARM汇编语言基本框架
.data：数据段，包含固定的数据，如常量、字符串。
.bss：未初始化的数据段，包含未初始化的变量、数组等
.text：正文段，包含程序的指令代码。
; ARM汇编程序的框架结构（完整）
.section .data; 初始化的数据
.section .bss; 未初始化的数据
.section .text _start:; 汇编代码; ARM汇编程序的框架结构（简化）
.text_global _start
_start:; 汇编代码_start: 程序的入口
7.3 子程序编写
ARM汇编中，子程序的调用一般通过BL指令来实现，执行BL + 子程序即可完成子程序调用（之后细讲），而子程序的编写规则如下：function
function:; demomov pc, bl7.4 汇编指令分类
第8节 ARM CPU的初始化：中断/内存/堆栈/模式
8.1 ARM的启动流程
基于ARM的芯片多数为复杂的片上系统。这种复杂系统里的多数硬件模块都是可配置的。
需要由软件来设置其需要的工作状态。因此在操作系统和用户的应用程序之前，需要由专门的一段代码来完成对系统的初始化。
由于这类代码直接面对处理器内核和硬件控制器进行编程，一般都是用汇编语言。
一般通用的内容包括：
中断向量表
初始化存储器系统
初始化堆栈
初始化有特殊要求的端口,设备
初始化用户程序执行环境
改变处理器模式
调用主应用程序
8.2 ARM的启动文件
以stm32的启动文件为例，stm32的启动文件一般都是包含在具体单片机型号的汇编文件中（.s文件），下图为启动文件的简述(description)
该启动文件主要包含了：
初始化主堆栈指针（MSP）、
初始化程序指针（PC）、
初始化中断向量表、
配置系统时钟
外部Sram（可选）、
跳转到c语言的main函数
8.3 启动文件代码具体分析
8.3.1 分配堆栈空间
第一部分配置堆内容和栈的大小（Stack_size Heap_size） 如下图
AREA STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3 ；定义栈，可初始为0，8字节对齐 (堆代码类似相同功能)
Stack_Mem SPACE Stack_Size ；分配0x400个连续字节，并初始化为0 (堆代码类似相同功能)
__initial_sp ；汇编代码地址标号 (堆代码类似相同功能)
PRESERVE8 ；指定当前文件堆栈8字节对齐
THUMB ；告诉汇编器下面是32为的Thumb指令，如果需要汇编器将插入位以保证对齐
8.3.2 定义中断向量标
第二部分定义中断向量表：
AREA RESET, DATA, READONLY ;定义复位向量段，只读
EXPORT __Vectors ；定义一个可以在其他文件中使用的全局标号。此处表示中断地址
__Vectors DCD __initial_sp ; 给__initial_sp分配4字节32位的地址0x0
DCD Reset_Handler ; 给标号Reset Handler分配地址为0x00000004
DCD NMI_Handler ; 给标号NMI Handler分配地址0x00000008
DCD HardFault_Handler ; Hard Fault Handler
DCD ……
__Vectors_End
【注】DCD表示分配一段内存单元，并用指令的数据初始化
8.3.3 复位向量程序
第三部分Reset_Handler 及假异常处理程序的定义
AREA |.text|, CODE, READONLY ；代码段定义为只读
Reset_Handler PROC
EXPORT Reset_Handler [WEAK]
IMPORT SystemInit
IMPORT __main
LDR R0, =SystemInit//把SystemInit 的地址加载到寄存器R0。
BLX R0//程序跳转到R0 中的地址执行程序
LDR R0, =__main//把_main 的地址加载到寄存器R0
BX R0//程序跳转到R0 中的地址执行程序，执行完毕之后就去到我们熟知的C 世界。
ENDP//表示子程序的结束
//PROC 定义了一个叫 Reset_Handler 的子程序
//EXPORT 表示Reset_Handler 这个子程序可供其他模块调用
//关键字[WEAK] 表示弱定义，如果编译器发现在别处定义了同名的函数，则在链接时用别处的地址进行链接，如果其它地方没有定义，编译器也不报错，以此处地址进行链接。
//IMPORT通知编译器要使用的标号在其他文件
//SystemInit为运行时库提供的函数，完成系统初始化
//__main为运行时库提供的函数,完成堆栈,堆的初始化
其他的中断处理子程序称为假异常处理子程序（ Dummy Exception Handlers）默认为死循环可以被重新定义
NMI_Handler PROC
EXPORT NMI_Handler [WEAK]
B .//原地跳转（死循环）
ENDP
8.3.4 初始化堆和栈指针
第四部分堆和栈的初始化
IF :DEF:__MICROLIB//“DEF”的用法——:DEF:X 就是说X定义了则为真，否则为假//__MICROLIB编译选项表示是否受用了MICROLIB的C库而非标准C库
EXPORT __initial_sp
EXPORT __heap_base
EXPORT __heap_limit
ELSE
IMPORT __use_two_region_memory
EXPORT __user_initial_stackheap
__user_initial_stackheap
LDR R0, = Heap_Mem//R0地址指向堆起始地址
LDR R1, =(Stack_Mem + Stack_Size)//R1地址指向栈最高地址
LDR R2, = (Heap_Mem + Heap_Size)//R2地址指向堆最高地址
LDR R3, = Stack_Mem//R1地址指向栈起始地址
BX LR
ALIGN
ENDIF
END
第9节 ARM 软件启动流程
9.1 总体启动框架
以三星的四核处理器Exynos4412为例，该开发板属于armv7架构，contexA9系列，32bit，cpu4核心1.5GHZ主频，eMMC 大小型号为：KLM4G。
ARM里面，启动MMU以后，我们编程看到的地址都是虚拟地址，经过MMU以后才是具体的物理地址。
4412在上电以后，MMU是关闭的，也就是说这个时候其实和单片机差不多，可以直接跑裸机程序（裸机程序，就是直接对CPU进行编程），就跟单片机一样，但是，在Linux启动以后，操作系统就会把MMU打开，也就是说，虚拟地址就会出现。
