# 2019-MPSL Lab1 > 2019 Fall Microprocessor System Lab > Lab1 ARM Assembly I > [name=0516009 吳宗達、0616015 劉姿利] ## What to Do - Hamming Distance：計算兩個數長度為 2-bytes 的 hamming distance，並將結果存放至 result 變數中 - Fibonacci Serial：宣告一數值N (1≤N≤100)，計算 Fib(N) 並將回傳值存放至 R4 暫存器 - Bubble Sort：每個 byte 為一個數字，利用組合語言完成長度為 8-byte bubble sort ## How to Do ### Hamming Distance ```asm= .data result: .byte 0 X: .word 0x55AA Y: .word 0xAA55 One: .word 0x0001 .text .global main hamm: movs R2, R1 and R2, R3 add R4, R2 asr R1, R1, #1 cmp R1, #0 bne hamm bx lr main: ldr R0, =X ldr R1, [R0] // R1 = X ldr R0, =Y ldr R2, [R0] // R2 = Y ldr R0, =One ldr R3, [R0] eor R1, R1, R2 ldr R0, =result ldrb R4, [R0] bl hamm strb R4, [R0] L: b L ``` #### Assemble Error in Original Code ``` movs R0, #X ``` - **The Error** mov 用法 (manual 3.5.6 on page 89) ``` MOV{S}{cond} Rd, Operand2 ``` 其中 `Operand2` 參考 manual (3.3.3 on page 60) 裡面寫到將 constant 作為 `Operand2` 的四種形式： - 能夠從 8-bit 數字向左 shift 成的 word - Form `0x00XY00XY` - Form `0xXY00XY00` - Form `0xXYXYXYXY` 然而 `X` 為 `0x55AA` 並不在上面任何一個裡面，才會出現 error - **Solution** 在 `movs` 的方式行不通後，我們決定採用 `ldr` ```asm ldr R0, =X // 將 X 的位址存到 R0 ldr R1, [R0] // 將 X 的值存入 R1 ``` 就可以順利把數字存進 register 了 #### `cmp`, `bne` and Label out of Range 原本 15 至 16 行採用的是 ``` bnez R1, hamm ``` 但是 tag `hamm` 數值太大了會噴 label out of range 所以改成兩行的寫法 #### Load Byte variable `result` 的資料類型為 `byte`，直接 `ldr` 的話會讀到不相關的位置（多讀到 3 個 byte）,所以在讀值跟存值（不包含讀址）的時候我們需要使用 `ldrb` 以及 `strb` #### 計算 Word 內 1 的數量 以下是 function `hamm` - 需要被計算 1 的數量的 word 資料被存在 `R1` - `R3` 內的數值為 1 - 最後 1 的數量會被累加到答案 `R4` 上 ```cpp hamm: movs R2, R1 // 先複製一份 R1 到 R2 and R2, R3 // R2 和 1 做 and 取得最低位的 bit 數值 add R4, R2 // 將最低位加到答案上 asr R1, R1, #1 // 將 R1 向右 shift 一位 /* 以下三行表示如果 R1 等於 0 就從回圈出去 */ cmp R1, #0 bne hamm bx lr ``` ### Fib ```asm= .text .global main .equ N, 50 fib: movs R1, #0 // fib_0 movs R2, #1 // fib_1 movs R0, #0 loopI : add R2, R1 sub R1, R2, R1 cmp R2, #0 blt overflow_error add R0, #1 cmp R0, #N blt loopI movs R4, R2 bx lr bound_check: cmp R0, #1 // N < 1 blo range_error cmp R0, #100 // N > 100 bgt range_error bx lr range_error: movs R3, #0 mvn R4, R3 b end overflow_error: movs R3, #1 mvn R4, R3 b end main: movs R0, #N bl bound_check bl fib end: b end ``` - 如何使用條件判斷 - manual 3.3.7 Conditional execution ```asm // in C language if (a<b) { /* do something */ } // in asm cmp a, b blt do_something ``` - line 14, 17, 22, 24 有用到條件判斷 - 先做一次 compare, 下一行的指令就可以加上條件, 例如 line 21 先做了一次比較, line 22 裡本來的 `b` 指令就可以加上小於的判斷 `lo` 變成 `blo` 也就是先判斷上一個比較的結果是否滿足小於, 如果是才執行 `b` - 實作迴圈 ```asm // in C++ for (int i=0; i<n; i++){ // do something } // in asm movs R0, #0 loopI : // do something add R0, #1 cmp R0, #N blt loopI bx lr ``` - 如何設定負數 (overflow 將 R4 設成 -2, 輸入範圍錯誤將 R4 設成 -1) - `MVN` - manual 3.5.6 MOV and MVN > MOV{S}{cond} Rd, Operand2 > MOV{cond} Rd, #imm16 // imm16’ is any value in the range 0—65535. > MVN{S}{cond} Rd, Operand2 - `MOV` 放常數只能放 0 - 65535, 不能設定 -1. 所以要利用 `MVN`, 而 `MVN` 不能直接放常數, 要接一個變數在後面, 像 line 28-29 先將 -1 的補數存到 R3, 再利用 `MVN` 將 R3 的 complement 存入 R4 - 執行 - 按 F8 可以一次跑很多行 (跑到下一次遇到中斷點), 在結尾設定中斷點就可以直接看執行結果 - 測試資料 - [x] n=0 (range error) - [x] n=1 1 - [x] n=2 1 - [x] n=3 2 - [x] n=20 10946 - [x] n=50 (overflow) - [x] n=101 (range error) ### Bubble Sort ```asm= .data // arr1: .byte 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1 arr1: .byte 0x19, 0x34, 0x14, 0x32, 0x52, 0x23, 0x61, 0x29 arr2: .byte 0x18, 0x17, 0x33, 0x16, 0xFA, 0x20, 0x55, 0xAC .text .global main check_swap: ldrb R5, [R2] ldrb R6, [R3] cmp R5, R6 ble end_check_swap strb R5, [R3] strb R6, [R2] end_check_swap: b ret_check_swap do_sort: movs R1, #0 movs R4, R0 add R4, #8 loopI: movs R2, R0 add R3, R2, #1 loopJ: b check_swap ret_check_swap: add R2, #1 add R3, #1 cmp R3, R4 blt loopJ add R1, #1 cmp R1, #8 blt loopI bx lr print: mov R1, #0 ldrb r4, [R0, R1] add R1, #1 ldrb r5, [R0, R1] add R1, #1 ldrb r6, [R0, R1] add R1, #1 ldrb r7, [R0, R1] add R1, #1 ldrb r4, [R0, R1] add R1, #1 ldrb r5, [R0, R1] add R1, #1 ldrb r6, [R0, R1] add R1, #1 ldrb r7, [R0, R1] bx lr main: ldr r0, =arr1 bl do_sort bl print ldr r0, =arr2 bl do_sort bl print end: b end ``` #### Load Byte with Offset `ldr` 與 `str` 在 manual 3.4.3 on page 73 中的 syntax 為 ``` op{type}{cond} Rt, [Rn, Rm {, LSL #n}] ``` 當我們要取出一個 register 中特定位置的 byte 需要寫成 ``` ldrb Rt, [Rn, Rm] strb Rt, [Rn, Rm] ``` 代表將以 `Rn` 為起點第 `Rm`(0 base) 個 byte load/store 值出來/進去 #### `lr` 覆蓋問題 ##### Problem bubble sort 的 functions 們設計如下 由 `main` function 呼叫 `do_sort` 再在 `do_sort` 中進行 `swap` ```graphviz digraph{ node [shape=circle] check_swap,do_sort,main main -> do_sort [color=blue] do_sort -> main [color=red] do_sort -> check_swap [color=blue] check_swap -> do_sort } ``` 但由於 `lr` register 只有一個，上圖兩個藍色箭頭都用 `bl` branch with link 過去的話，第二次 `bl` 會把 `do_sort` 返回 `main` 存放在 `lr` 內的 `pc` 位址洗掉，造成紅色箭頭沒辦法順利完成 ##### Solution ```asm check_swap: ldrb R5, [R2] ldrb R6, [R3] cmp R5, R6 ble end_check_swap strb R5, [R3] strb R6, [R2] end_check_swap: b ret_check_swap ... b check_swap ret_check_swap: ... ``` 最後我們 swap 的寫法如上，在 `b check_swap` 後馬上接上 `ret_check_swap` 的 label 而 `check_swap` label 後的 `bx lr` 就用 `ble end_check_swap` 和 `b ret_check_swap` 代替，就不會用到 `lr` 了 但更好的方法是善用 stack 與 `sp`，將之後才要用到的第一層 `lr` store 到 stack 上面，要用的時候再取出來，等之後有時間再來改成這樣的方式 ## Feedback 覺得寫組語需要的思考方式和平常寫高階語言的方式非常不同，因為 register 是以 `R0`, `R1`, ... 編號下去，沒辦法以意義命名，寫的時候要很清楚每個 register 現在代表什麼以及還有哪些沒用過等等有點不習慣