Programação Assembly no ARM - Parte I

Atualmente é bastante raro eu programar em Assembly. Entretanto, pela segunda vez estou tendo que alterar um módulo de iniciação para um sistema embarcado utilizando um processador com arquitetura ARM. Não sei se é a falta de prática ou as pecularidades do ARM, mas nos dois casos suei muito para fazer as poucas linhas necessárias. Para tentar consolidar o meu aprendizado, resolvi fazer uma pequena serie de posts sobre o assunto.

O que é a arquitetura ARM?

Eu diria que a arquitetura ARM (que já foi chamadado de "Advanced RISC Machine" e "Acorn RISC Machine") é uma especificação dos registradores e instruções de máquina de um processador de 32 bits baseado na filosofia RISC (a Wikipedia tem uma definição mais longa).

Na verdade existem várias versões desta especificação, a que vou tratar aqui é chamada de ARM7TDMI. Esta especificação inclui um modo com instruções de 16 bits (Thumb) que vou ignorar nestes posts. A empresa responsável pelo ARM7TDMI licencia a sua implemantação para inclusão em vários microcontroladores, como os da Atmel e ST Microeletronics.

A descrição do ARM7DMI em formato pdf pode ser encontrada aqui.

São características RISC do ARM:

• As instruções são todas codificadas da mesma forma, ocupando sempre 32 bits
• Existem vários registradores e as instruções aceitam qualquer um deles como operando
• A memória é usada como operando somente para movimentação; operações aritméticas e lógicas usam registradores e constantes como operando
• A maioria das instruções são executadas em um único ciclo

Uma vez que RISC quer dizer "Computador com Conjunto de Instruções Restrito", muitos esperam que um processador RISC tenha poucas instruções. Na verdade, depende de como se conta as instruções. Existem 34 instruções básicas, porém elas podem ser condicionais e a maioria suporta diversos tipos de operando e modos de endereçamento, gerando um número grande de operações possíveis.

Existem inúmeros Assemblers disponíveis para o ARM, utilizando diversas sintaxes. A sintaxe que eu uso aqui é compatível com o GNU Arm Toolchain.

Os registradores do ARM

O ARM possui 16 registradores de 32 bits, denominados simplesmente de R0 a R15. O registrador R15 é sempre usado como ponteiro para a próxima instrução a executar e pode ser referenciado no Assembly como PC.

A função de chamada de subrotina salva o endereço de retorno no registrador R14, também chamado de link register (LR no Assembly).

O registrador R13 é normalmente usado como ponteiro de pilha (SP no Assembly). Entretanto, ao contrário de outros processadores, este uso é apenas convenção.

Por último, existe um registrador de status e flags, o CPSR, que é acessível apenas por instruções especiais.

No próximo post começaremos a ver as instruções.