Cortex-M3/M4是嵌入(ru)式開發中最主(zhu)流的ARM內核，廣泛應用于STM32等微控制器。其匯編語言遵循RISC架(jia)構"精簡高(gao)效(xiao)"的設計理念。本文從核心寄存器到(dao)常用指令(ling)，再到(dao)實戰示例，層(ceng)層(ceng)遞進(jin)講(jiang)解ARM匯編的核心邏輯(ji)。

一、核心寄存器（匯編的"操作對象"）

Cortex-M3/M4的寄存器是匯編指令的直接操作對象，無需記憶所有寄存器，僅需掌握以下高頻核心寄存器，即(ji)可覆蓋絕大多數嵌(qian)入式開發場景。

1. 通用寄存器

2. 程序狀態寄存器

程序狀態寄存器（xPSR）由APSR（應用狀態寄存器）、IPSR（中斷程序狀態寄存器）和EPSR（執行程序狀態寄存器）三個部分組合而成，其中APSR需重點關注，其4個標志位是"條(tiao)件指令"的核心判(pan)斷依據：

• N（負標志）：運算結果為負（最高位為1）時N=1，否則為0；用于判斷有符號數的正負。
• Z（零標志）：運算結果為0時Z=1，否則為0；常用于循環結束判斷（如計數到0）、相等比較（如CMP R0, R1后用BEQ跳轉）。
• C（進位/借位標志）：加法有進位或減法無借位時C=1，否則為0；用于多字節運算（如64位數據加法）。
• V（溢出標志）：有符號數運算超出32位范圍時V=1，否則為0；用于檢測有符號數運算錯誤（如0x7FFFFFFF + 1會溢出）。

二、ARM常用匯編指令

Cortex-M3/M4架構遵循Load-Store原則，即數據處理指令只操作寄存器，與內存的數據交換必須通過LDR（從內存加載數據到寄存器）和STR（將寄存(cun)器(qi)數據存(cun)儲到內存(cun)）指令完成。

1. 數據處理指令（CPU內部寄存器運算）

僅操(cao)作通用寄存器(qi)，不直接訪問內存，是實現"加減、比(bi)較、位操(cao)作"等邏輯的核心。

（1）MOV：數據傳送指令

核心作用：實現數據在寄(ji)存器間(jian)的(de)傳遞，或立即數到寄(ji)存器的(de)加載。

語法：MOV{S}{cond} Rd, Op2

• {S}：可選，指令執行后更新APSR標志（如MOVS R0, #0會設置Z=1）。
• {cond}：可選，條件執行后綴（如MOVNE R0, #0xFF表示"若Z=0（前序運算結果非0），則執行"）。
• Op2：可以是立即數或另一個寄存器，并可包含移位操作（如R3, LSL #2）。

示例：

MOV R0, #0x20000000  ; R0 = 0x20000000（加載RAM基地址）
MOVS R1, #0          ; R1 = 0，同時更新APSR的Z標志（Z=1）
MOV R2, R3, LSL #2   ; R2 = R3 << 2（將R3的值左移2位后存入R2）

（2）ADD/SUB：加減指令

核心作用：實現寄存器或立(li)即數的加減運算。

語法：

• ADD（加法）：ADD{S}{cond} Rd, Rn, Op2（Rd = Rn + Op2）
• SUB（減法）：SUB{S}{cond} Rd, Rn, Op2（Rd = Rn - Op2）

示例：

; ADD示例
ADD R0, R1, #5       ; R0 = R1 + 5
ADDS R2, R3, R4      ; R2 = R3 + R4，同時更新APSR

; SUB示例  
SUB R0, R1, #10      ; R0 = R1 - 10
SUBS R5, R5, #1      ; R5自減1（循環計數器），并更新標志位

（3）CMP：比較指令

核心作用：隱性(xing)計算"Rn - Op2"，不保存結果(guo)，僅更新APSR標志，為后(hou)續"條件跳轉"做準備。

語法：CMP{cond} Rn, Op2

示例：

CMP R0, #100         ; 比較R0與100
BEQ LoopEnd          ; 若Z=1（R0=100），跳轉到LoopEnd
BNE LoopContinue     ; 若Z=0（R0≠100），跳轉到LoopContinue

2. 內存訪問指令

（1）LDR：讀內存指令

核心作用：將內(nei)存中的數據讀取到寄存器(qi)。

語法：LDR{type}{cond} Rd, [Rn {, #offset}]

• {type}：可選，指定數據類型（B=無符號字節、H=無符號半字、默認=字）。
• 尋址方式：偏移尋址（[Rn, #4]）：地址 = Rn + 4，Rn不變。前索引（[Rn, #4]!）：地址 = Rn + 4，然后更新Rn = Rn + 4。后索引（[Rn], #4）：地址 = Rn，然后更新Rn = Rn + 4。

示例：

LDR R0, [R1]         ; 讀R1指向的4字節數據到R0
LDRB R2, [R1, #1]    ; 讀R1+1地址的1字節到R2
LDRH R3, [R1], #2    ; 讀R1指向的2字節到R3，然后R1 = R1 + 2

（2）STR：寫內存指令

核心作用：將寄(ji)存器中的數據寫(xie)入內存。

語法：與LDR一致（Rd為源寄存器）。

示例：

STR R0, [R1]         ; 將R0的4字節數據寫入R1指向的地址
STRH R2, [R1, #4]!   ; 將R2的2字節數據寫入R1+4，然后R1 = R1 + 4

（3）PUSH/POP：棧操作指令

核心作用：批量保存/恢復寄存器到棧，是函數調用時保護上下文的標準且推薦的方式。它們是STMFD SP!和LDMFD SP!的別名，專用(yong)于棧操作，更簡潔直觀。

語法：

• 入棧（保存寄存器）：PUSH {reglist}
• 出棧（恢復寄存器）：POP {reglist}

示例：

; 函數入口：保存R4-R6（需保護的寄存器）和LR（返回地址）
PUSH {R4-R6, LR}     ; 入棧，SP相應遞減

; 函數體 ... （可安全使用R4-R6）

; 函數出口：恢復寄存器并返回
POP {R4-R6, PC}      ; 出棧，恢復R4-R6，并將LR的值直接彈出到PC（實現返回）

3. 跳轉與函數調用指令（程序流控制）

（1）B：無條件/條件跳轉

核心作用：直(zhi)接修改PC值，跳(tiao)轉到指(zhi)定標號，適用于"循環、分支判斷"。

語法：B{cond} Label

示例：

B MainLoop           ; 無條件跳轉到MainLoop
CMP R0, #0
BNE ErrorHandler     ; 若R0≠0，跳轉到ErrorHandler

（2）BL：函數調用指令

核心作用：跳(tiao)轉(zhuan)前自(zi)動將(jiang)返回地(di)址（下一(yi)條指令(ling)地(di)址）存入LR，用于函(han)數(shu)調用。

語法：BL{cond} Label

示例：

BL Delay             ; 調用Delay函數，LR = 返回地址
MOV R1, #1           ; Delay返回后，從此處繼續執行

Delay:               
    MOV R0, #100000
DelayLoop:
    SUBS R0, R0, #1
    BNE DelayLoop
    BX LR            ; 使用 BX LR 返回調用處

（3）偽指令

LDR =val：加載任意32位數值到寄(ji)存器(qi)。

LDR R0, =0x12345678  ; 加載非立即數
LDR R1, =0x10        ; 編譯器可能優化為 MOV R1, #0x10

ADR：獲取標號的(de)相對(dui)地址（短(duan)距離(li)）。

ADR R0, DataBuf      ; 將DataBuf的地址加載到R0
DataBuf DCD 0x00, 0x01, 0x02

三、完整示例程序

以下示例覆蓋"棧操作、函數調用、內存讀寫、數據校驗"四大核心場景，并使用推薦的PUSH/POP指令。

; 程序說明：Cortex-M3/M4匯編實戰示例
; 核心功能：1.棧保存寄存器 2.調用延時函數 3.讀寫RAM數據 4.校驗數據一致性 5.循環執行
    AREA    ARM_Demo, CODE, READONLY
    ENTRY
    THUMB                              ; 明確指定使用Thumb指令集
    ALIGN 4

; --------------------------
; 主函數：程序核心邏輯入口
; --------------------------
Main
    ; 1.棧操作：在函數入口保存可能被使用的寄存器及返回地址，遵守調用規范
    PUSH   {R0-R2, LR}                ; 使用PUSH保存寄存器

    ; 2.內存讀寫：向RAM地址（0x20000000）寫入數據，再讀取校驗
    MOV     R0, #0x20000000           ; R0 = RAM基地址
    LDR     R1, =0x12345678           ; R1 = 待寫入數據
    STR     R1, [R0]                  ; 寫操作：將數據寫入內存
    LDR     R2, [R0]                  ; 讀操作：從內存讀取數據

    ; 3.數據校驗：比較"寫入值（R1）"與"讀取值（R2）"
    CMP     R1, R2
    BEQ     Data_OK                   ; 若數據一致，跳轉
    MOV     R3, #0x00                 ; 數據不一致：R3 = 0x00（錯誤標志）
    B       Call_Delay
Data_OK
    MOV     R3, #0xFF                 ; 數據一致：R3 = 0xFF（成功標志）

    ; 4.調用延時函數
Call_Delay
    BL      Delay_Func                ; 調用延時函數

    ; 5.恢復寄存器并返回：從棧中恢復R0-R2，并通過將LR彈出至PC來返回到調用者，實現循環
    POP    {R0-R2, PC}                ; 使用POP恢復寄存器并返回

; --------------------------
; 延時函數：簡單遞減延時
; --------------------------
Delay_Func
    PUSH   {R0, LR}                   ; 延時函數也保護它用到的寄存器和LR
    LDR    R0, =500000
Delay_Loop
    SUBS   R0, R0, #1
    BNE    Delay_Loop
    POP    {R0, PC}                   ; 恢復R0，并通過彈出LR到PC來返回

    ALIGN 4
    END

執行效果：

• 入棧后：SP相應遞減。
• 寫內存后：查看0x20000000地址，值為0x12345678。
• 校驗后：APSR的Z標志為1，R3被設為0xFF。
• 全速運行：程序在Main和Delay_Func間循環，R3始終保持0xFF。

四、總結

Cortex-M3/M4匯編的(de)核心邏輯可提煉為三句話：

1. 操作對象是寄存器：核心寄存器僅需掌握R0-R7（數據）、SP/LR/PC（控制）和APSR（條件標志）。
2. 內存訪問靠Load/Store：遵循RISC原則，僅LDR/STR指令與內存交互。函數上下文保護使用推薦的PUSH/POP指令。
3. 程序流靠PC控制：跳轉用B，函數調用用BL（依賴LR），返回推薦用BX LR或POP {PC}。

掌握以上內容，即可為理解和應對嵌入式開發中啟動代碼/硬件初始化、中斷服務例程(ISR)編寫、性能關鍵代碼段優化等場景打(da)下堅(jian)實基(ji)礎。