Cortex-M33 on QEMUでアセンブリプログラミング

Cortex-M33の命令セット

Thumb2 16ビット命令

Thumb2 32ビット命令

レジスタ

汎用レジスタ

R0 〜 R12

R0–R3：引数・戻り値（関数呼び出しで使用）

R4–R11：汎用（callee-saved）

push {r4, r5, r6, lr}

pop {r4, r5, r6, lr}

fp = r11

lr = r14

R12：一時用途（scratch register）

スタックポインタ

R13（SP）

リンクレジスタ

R14（LR）

関数戻りアドレスを保持

例外復帰情報も含む

プログラムカウンタ

R15（PC）

浮動小数点レジスタ

（本当？）

S0 〜 S31（単精度）

D0 〜 D15（倍精度として扱う）

FPSCR（ステータス）

参考

RP2350データシート

アセンブリコードの呼び出し

code:diff

diff --git a/Makefile b/Makefile

index 497f2e0..6ae8481 100644

--- a/Makefile

+++ b/Makefile

@@ -15,13 +15,16 @@ LDFLAGS = \

-nostdlib \

-Wl,-Map=main.map

-OBJS = startup.o main.o

+OBJS = startup.o main.o fib.o

all: main.elf main.bin

main.elf: $(OBJS)

$(CC) $(CFLAGS) $(LDFLAGS) -o $@ $^

+%.o: %.S

+ $(CC) $(CFLAGS) -c -o $@ $<

+

main.bin: main.elf

$(OBJCOPY) -O binary $< $@

diff --git a/fib.S b/fib.S

new file mode 100644

index 0000000..9957e00

--- /dev/null

+++ b/fib.S

@@ -0,0 +1,23 @@

+.syntax unified

+.thumb

+.global fib

+fib:

+ bhi 1f

+ bx lr

+

+1:

+

+2:

+ adds r3, r1, r2

+ mov r1, r2

+ mov r2, r3

+ bhi 2b

+

+ mov r0, r2

+ bx lr

+

diff --git a/main.c b/main.c

index 0892a28..d63e77c 100644

--- a/main.c

+++ b/main.c

@@ -1,5 +1,7 @@

+extern int fib(int n);

+

typedef struct {

@@ -31,11 +33,34 @@ static void uart_puts(const char *s) {

}

}

+static void uart_print_int(int i) {

+ int pos = 0;

+

+ if (i < 0) {

+ uart_putc('-');

+ i = -i;

+ }

+

+ do {

+ i /= 10;

+ } while (i > 0);

+

+ // Reverse the buffer

+ for (int j = pos - 1; j >= 0; j--) {

+ }

+}

+

int main(void) {

uart_init();

uart_puts("Hello from QEMU mps2-an505 Cortex-M33!\n");

+ int result = fib(10);

+ uart_print_int(result);

+

while (1) {

}

}

浮動小数点命令の呼び出し

code:diff

diff --git a/Makefile b/Makefile

index 6ae8481..0264ddb 100644

--- a/Makefile

+++ b/Makefile

@@ -4,6 +4,8 @@ OBJCOPY = arm-none-eabi-objcopy

CFLAGS = \

-mcpu=cortex-m33 \

-mthumb \

+ -mfpu=fpv5-sp-d16 \

+ -mfloat-abi=hard \

-ffreestanding \

-nostdlib \

-Wall \

@@ -15,7 +17,7 @@ LDFLAGS = \

-nostdlib \

-Wl,-Map=main.map

-OBJS = startup.o main.o fib.o

+OBJS = startup.o main.o fib.o fadd.o

all: main.elf main.bin

diff --git a/fadd.S b/fadd.S

new file mode 100644

index 0000000..1fabd57

--- /dev/null

+++ b/fadd.S

@@ -0,0 +1,12 @@

+.syntax unified

+.thumb

+.fpu fpv5-sp-d16

+

+.global fadd

+.type fadd, %function

+

+fadd:

+ vadd.f32 s0, s0, s1

+ bx lr

+

+.size fadd, . - fadd

diff --git a/main.c b/main.c

index d63e77c..557268b 100644

--- a/main.c

+++ b/main.c

@@ -1,6 +1,7 @@

extern int fib(int n);

+extern float fadd(float a, float b);

@@ -58,8 +59,17 @@ int main(void) {

uart_puts("Hello from QEMU mps2-an505 Cortex-M33!\n");

+ // 整数演算を行うアセンブリ関数を呼び出す

int result = fib(10);

uart_print_int(result);

+ uart_putc('\n');

+

+ // 浮動小数点演算を行うアセンブリ関数を呼び出す

+ float a = 3.8f;

+ float b = 4.3f;

+ float c = fadd(a, b);

+ uart_print_int((int)c);

+ uart_putc('\n');

while (1) {

}

diff --git a/startup.c b/startup.c

index 1f94353..8a7b668 100644

--- a/startup.c

+++ b/startup.c

@@ -8,6 +8,8 @@ extern uint32_t _edata;

extern uint32_t _sbss;

extern uint32_t _ebss;

+#define SCB_CPACR (*(volatile uint32_t *)0xE000ED88u)

+

void Reset_Handler(void);

void Default_Handler(void) {

@@ -42,6 +44,10 @@ void (* const vector_table[])(void) = {

};

void Reset_Handler(void) {

+ SCB_CPACR |= (0xFu << 20);

+ __asm__ volatile ("dsb");

+ __asm__ volatile ("isb");

+

uint32_t *src = &_sidata;

uint32_t *dst = &_sdata;

実行結果。3.8 + 4.3 の結果8.1の整数部分8が出力されればOK

code:sh

$ make run

qemu-system-arm \

-machine mps2-an505 \

-cpu cortex-m33 \

-m 16M \

-nographic \

-monitor none \

-kernel main.elf

Hello from QEMU mps2-an505 Cortex-M33!

55

8

フィボナッチを手書きで

code:fib.S

.text

.syntax unified

.thumb

.global fib

fib:

push {r4, r5, r6, lr}

// n = 0 なら 0 を返す

beq .Lreturn_zero

// n = 1 なら 1 を返す

ble .Lreturn_one

// 元の n を保存

mov r6, r0

// r4 = fib(n - 1)

bl fib

mov r4, r0

// r5 = fib(n - 2)

bl fib

mov r5, r0

// r0 = fib(n - 1) + fib(n - 2)

adds r0, r4, r5

pop {r4, r5, r6, lr}

bx lr

.Lreturn_zero:

pop {r4, r5, r6, lr}

bx lr

.Lreturn_one:

pop {r4, r5, r6, lr}

bx lr