AVR汇编（四）：数据传送指令
AVR指令主要分为五类：算术和逻辑指令、分支指令、位操作指令、数据传送指令、MCU控制指令，今天我们先来认识其中最常用的数据传送指令。
汇编程序的编写、编译和调试#
学习任何技术都离不开实践，汇编语言也是如此。在正式学习指令前，我们先来体验一下汇编程序从编写到编译，再到调试的整个过程。
伪指令#
根据百度百科：伪指令(Pseudo Instruction)是用于对汇编过程进行控制的指令，该类指令并不是可执行指令，没有机器代码，只用于汇编过程中为汇编程序提供汇编信息。
下面是几个常用的伪指令：
| 伪指令 | 说明 | 举例 |
|---|---|---|
.section |
定义一个段 | .section .text .section .data |
.global |
定义一个全局符号 | .global _start |
.byte |
定义一个字节数据 | .byte 0x01 |
.word |
定义一个字数据 | .word 0x3412 |
.ascii |
定义一个字符串数据 | .ascii "hello" |
.align |
设置对齐方式 | .align 4 |
.equ |
定义一个符号常量，类似于C宏定义 | .equ INT8_MAX, 0xFF |
第一个汇编程序#
.equ PINB, 0x03
.equ DDRB, 0x04
.equ PORTB, 0x05
.section .text ; 定义text段
.global _start ; 定义一个全局符号_start
_start:
LDI R16, 0x20 ; R16 = 0x20
OUT DDRB, R16 ; 设置PB5为输出
OUT PORTB, R16 ; PB5初始输出高电平
loop:
OUT PINB, R16 ; 翻转PB5电平
RJMP loop ; 跳转到loop处继续执行
上述程序实现的功能很简单，就是不断翻转PB5的电平状态。
使用下面的命令进行编译，生成elf文件：
avr-gcc -mmcu=atmega328p -x assembler-with-cpp -g -Og -Wall -c -o hello.o hello.s
avr-gcc -mmcu=atmega328p -nostartfiles -o hello.elf hello.o
其中， -x assembler-with-cpp 表示编译汇编程序， -nostartfiles 表示不添加默认启动文件，启动文件的作用是初始化MCU，创建C语言运行环境，由于这里编写的是汇编程序，所以不需要它，否则编译时会提示找不到 main 函数。
为了以后每次重新编译的时候不用都输一遍命令，可以写一个 Makefile 文件：
.PHONY: all clean
TARGET := hello
all: $(TARGET).elf
%.o: %.s
avr-gcc -mmcu=atmega328p -x assembler-with-cpp -g -Og -Wall -c -o $@ $<
$(TARGET).elf: $(TARGET).o
avr-gcc -mmcu=atmega328p -nostartfiles -o $@ $<
clean:
rm -f *.o $(TARGET).elf
调试程序#
使用 simavr 对上面生成的elf文件进行仿真：
simavr -f 16000000 -m atmega328p --gdb hello.elf
为了方便，可以在 Makefile 中添加一个 run 伪目标，将上面的命令添加进去：
.PHONY: all clean run
...
run: $(TARGET).elf
simavr -f 16000000 -m atmega328p --gdb $<
之后需要仿真时，直接执行 make run 即可。
使用 avr-gdb 对程序进行调试， simavr 的GDB端口是 1234 ：
avr-gdb -ex "target remote localhost:1234" -ex "layout split" -q --tui hello.elf
在GDB窗口中，可以输入 s 进行单步执行。
为了观察 PINB 、 DDRB 、 PORTB 寄存器的值，可以借助 x/ 命令，其中 n 表示要查看的值的个数； f 指定显示格式，如果要十六进制显示，这里就要指定 x ； u 表示值的单位，如果单位是字节，这里就要指定 b 。这条命令的具体使用方法可以通过 help x 命令查看。
这里我们查看从I/O地址0x03开始的3个字节：
x/3xb 0x03 # 注意，这里的地址是错误的！
结果如下：
发现读取的值并不符合我们的预期，这是因为上面命令中的地址设置错了，有两个因素：
PINB、DDRB、PORTB在I/O空间的地址是0x03开始，而在数据空间中的地址需要加上0x20；- AVR的程序空间和数据空间是分别独立编址的，因此地址存在重叠情况。通过
avr-readelf -S hello.elf查看，可以发现.data段的地址是从0x800100开始的，而实际的SRAM地址是从0x0100开始的，因此可以知道elf文件中数据空间的地址还需要加上0x800000，如果不加，则代表的是.text段（Flash）的地址。
通过上面的分析，将命令中的地址改为0x800023即可正确查看 PINB 、 DDRB 、 PORTB 中的内容：
x/3xb 0x800023
结果如下：
这样显示的结果与我们的程序逻辑是一致的。
数据传送指令#
由于AVR具有多种寻址方式，因此数据传送指令也对应有多种。
| 空间 | 指令 |
|---|---|
| 寄存器堆 | MOV |
| 数据空间 | LD / ST |
| 程序空间 | LPM / SPM |
| I/O空间 | IN / OUT |
| 栈空间 | PUSH / POP |
一般而言，AVR指令如果有两个操作数，则第一个是目的操作数，第二个是源操作数。
MOV#
MOV 指令用于寄存器之间的数据传送（一个字节），后缀如果加 W 表示传送一个字的数据。
例如：
LDI R16, 0x10 ; R16 = 0x10
MOV R0, R16 ; R0 = 0x10
LDI R16, 0x20 ; R16 = 0x20
LDI R17, 0x30 ; R17 = 0x30
MOVW R0, R16 ; R0 = 0x20, R1 = 0x30
LD#
LD 指令用于将数据从数据空间加载到寄存器中，后缀加 I 表示加载立即数，加 D 表示偏移量寻址，加 S 表示直接寻址。
X / Y / Z 寄存器可以用于间接寻址，如果前缀加 - ，表示执行操作前寄存器的值自减一，如果后缀加 + ，表示执行操作后寄存器的值自加一。
Y / Z 寄存器可以用于偏移量寻址（注意不包括 X 寄存器），后面加 +q 表示偏移量为 q 。
例如：
LDI R16, 0xAA ; R16 = 0xAA
LDI XL, 0x00
LDI XH, 0x01 ; X = 0x0100
ST X, R16 ; (0x0100) = 0xAA
LD R0, X+ ; R0 = 0xAA, X = 0x0101
LDI ZL, 0xF1
LDI ZH, 0x00 ; Z = 0x00F1
LDD R1, Z+0xF ; R1 = 0xAA
LDS R2, 0x0100 ; R2 = 0xAA
ST#
ST 指令用于将数据从寄存器写入到数据空间中，后缀加 D / S 的意义同 LD ，注意 ST 不支持立即寻址，即没有 STI 这样的指令！
例如：
LDI R16, 0x55 ; R16 = 0x55
LDI XL, 0x80
LDI XH, 0x01 ; X = 0x0180
ST X, R16 ; (0x0180) = 0x55
LD R0, X ; R0 = 0x55
LDI R16, 0xAA ; R16 = 0xAA
LDI ZL, 0x50
LDI ZH, 0x01 ; Z = 0x0150
STD Z+0x30, R16 ; (0x0180) = 0xAA
LD R1, X ; R1 = 0xAA
LDI R16, 0xA5 ; R16 = 0xA5
STS 0x0180, R16 ; (0x0180) = 0xA5
LD R2, X ; R2 = 0xA5
LPM / SPM#
LPM / SPM 指令用于将数据从程序空间加载到寄存器/从寄存器写入到程序空间。
例如：
LDI ZL, lo8(const)
LDI ZH, hi8(const) ; Z = const
LPM R0, Z+ ; R0 = 0xA5, Z = CONST + 1
LPM R1, Z+ ; R1 = 0x5A, Z = CONST + 2
LPM R2, Z+ ; R2 = 0x55, Z = CONST + 3
LPM R3, Z ; R3 = 0xAA
const:
.byte 0xA5
.byte 0x5A
.word 0xAA55
SPM 指令的用法较为特殊，后面有机会再来介绍。
IN / OUT#
IN / OUT 用于从I/O空间读入数据到寄存器/向I/O空间写入寄存器中的数据，注意 P 为I/O空间的地址，此命令不能访问扩展I/O空间。
例如：
OUT DDRB, 0x00 ; DDRB = 0xAA
IN R0, DDRB ; R0 = 0xAA
PUSH / POP#
PUSH / POP 用于将数据压入/弹出栈，使用时需要注意SP的初始值要设置正确（AVR是空减栈），并要避免出现栈溢出的情况。
例如：
LDI R16, 0xA5 ; R16 = 0xA5
PUSH R16 ; (SP) = 0xA5, SP -= 1
POP R0 ; R0 = 0xA5, SP += 1