华为智能基座实验【计算机组成原理】

华为智能基座实验【计算机组成原理】

• ​​前言​​
• ​​推荐​​
• ​​华为智能基座实验【计算机组成原理】​​

• ​​1 课程介绍​​

• ​​1.1 简介​​
• ​​1.2 内容描述​​
• ​​1.3 读者知识背景​​
• ​​1.4 实验环境说明​​

• ​​2 实验 1：hello-world 示例程序​​

• ​​2.1 实验介绍​​

• ​​2.1.1 关于本实验​​
• ​​2.1.2 教学目标​​
• ​​2.1.3 实验内容介绍​​

• ​​2.2 实验任务操作指导​​

• ​​2.2.1 创建示例程序源码​​
• ​​2.2.2 思考题及答案​​

• ​​3 实验 2：使用 C 语言代码调用汇编程序​​

• ​​3.1 实验介绍​​

• ​​3.1.1 关于本实验​​
• ​​3.1.2 教学目标​​
• ​​3.1.3 实验内容介绍​​

• ​​3.2 实验任务操作指导​​

• ​​3.2.1 创建示例程序源码​​
• ​​3.2.2 进行编译运行​​

• ​​3.3 思考题及答案​​

• ​​4 实验 3：使用 C 语言代码内嵌汇编程序​​

• ​​4.1 实验介绍​​

• ​​4.1.1 关于本实验​​
• ​​4.1.2 教学目标​​
• ​​4.1.3 内容介绍​​

• ​​4.2 实验任务操作指导​​

• ​​4.2.1 创建示例程序源码​​
• ​​4.2.2 进行编译​​
• ​​4.2.3 进行运行​​
• ​​4.2.4 思考题及答案​​

• ​​最后​​

前言

2022-12-29 15:36:32

以下内容源自计算机组成原理
仅供学习交流使用

推荐

​​华为智能基座【计算机组成原理】​​

华为智能基座实验【计算机组成原理】

安装vim编辑器: ​​yum install vim​​

安装gdb 编辑器: ​​yum install gdb​​

1 课程介绍

1.1 简介

本手册适用于学习 ARM 平台汇编课程的学生进行实验练习，完成本实验手册后，您将能更加
充分理解 GNU ARM 汇编代码运行环境的搭建、配置及编译运行，掌握在华为鲲鹏云服务器
上进行环境配置。

1.2 内容描述

本实验指导书通过在华为鲲鹏云服务器上，编译运行 3 个不同功能的示例程序。完成实验操
作后，读者会掌握基本的汇编程序编写，ARMv8 开发编译环境的配置以及加深对 ARM 平台
的了解。

1.3 读者知识背景

本课程为 ARM 平台汇编基础课程，为了更好地掌握本书内容，阅读本书的读者应首先具备以
下基本条件：

• 具备基本的 Linux 命令能力。

1.4 实验环境说明

• 华为鲲鹏云主机、openEuler20.03 操作系统；
• 安装 gcc7.3+版本；
• 每套实验环境可供 1 名学员上机操作。

2 实验 1：hello-world 示例程序

2.1 实验介绍

2.1.1 关于本实验

实现 ARM 平台精简指令集（RISC）编写的 hello-world 程序的编译和运行。

2.1.2 教学目标

掌握 GNU ARM 平台汇编代码的编写以及编译运⾏方式。

2.1.3 实验内容介绍

在本例子中，两次使用软中断指令 svc 来进行系统调用，系统调用号通过 x8 寄存器传递。在
第一次使用 svc 指令来在屏幕上打印一个字符串“Hello”：x0 寄存器用于存放标准屏幕输出
stdout 描述符 0，表明将向屏幕输出一些内容；x1 寄存器用于存放待输出的字符串的首地址
msg；x2 寄存器用于存放待输出字符串的长度 len；x8 寄存器用于存放系统功能调用号 64，
即 64 号系统功能即系统写功能 sys_write()，写的目标在 x0 中定义；svc #0 表示是一个系统
功能调用。

第二次使用 svc 指令来退出当前程序：x0 寄存器用于存放退出操作码 123，不同的退出操作
码将对应不同的退出操作；x8 寄存器用于存放系统功能调用号 93，即 93 号系统功能即系统
退出功能 sys_exit()，退出操作码在 x0 中定义；svc #0 表示是一个系统功能调用。
注意：像这种系统功能调用的方式和功能号，都是基于 Arm64 处理器体系结构以及之上所运
行的 linux kernel 甚至 BIOS 来共同支持，而不仅仅是 Arm64 架构自身所能完成的。
在.data 部分，加载 msg 和 len 实际上使用的是文字池的方法，即将变量地址放在代码段中不
会执行到的位置（因为第二次使用 svc 指令来退出当前程序之后，是不可能将 svc #0 指令之
后的内容来当做指令加以执行的），使用时先加载变量的地址，然后通过变量的地址得到变量
的值。

本代码是 Aarch64 体系结构的汇编代码，需要在 ArmV8 处理器上运行。寄存器 Xn 都是
Aarch64 体系结构中的寄存器，svc 是 Aarch64 体系结构中的指令。

2.2 实验任务操作指导

2.2.1 创建示例程序源码

以下步骤以在华为鲲鹏云服务器上执行为例。

步骤 1 创建 hello 目录
执行以下命令，创建 hello 目录，存放该程序的所有文件, 并进入 hello 目录。

mkdir hello
cd hello

步骤 2 创建示例程序源码 hello.s
执行以下命令，创建示例程序源码 hello.s。

vim hello.s

代码内容如下：

.text
.global tart1
tart1:
  mov x0,#0
  ldr x1,=msg
  mov x2,len
  mov x8,64
  svc #0
  
  mov x0,123
  mov x8,93
  svc #0
.data
msg:
  .ascii "Hello World!\n"
len=.-msg

步骤 3 进行编译运行
保存示例源码文件，然后退出 vim 编辑器。在当前目录中依次执行以下命令，进行代码编译
运行。

as hello.s -o hello.o
ld hello.o -o hello
./hello

通过上述代码运行，可以看出，编写的 hello-wolrd 示例程序已经在华为鲲鹏云服务器上通过
编译和运行，并成功输出结果。

2.2.2 思考题及答案

• 思考下同样的代码在 X86 平台能否运行，为什么？
  参考答案：
  不能，因为 X86 平台使用的是复杂指令集(CISC)，而我们实验中使用到的华为鲲鹏云服务器
  是基于 ARM 平台的，使用的是精简指令集(RISC)，二者的汇编指令差异较大。

3 实验 2：使用 C 语言代码调用汇编程序

3.1 实验介绍

3.1.1 关于本实验

实现 ARM 平台上通过 C 语言源码来调用汇编源码中的代码。

3.1.2 教学目标

掌握在 ARM 平台上使用 C 语言源码来调用汇编源码的方法。

3.1.3 实验内容介绍

该汇编代码是针对 Aarch64 架构的。在汇编程序中，用.global 定义一个全局函数 strcpy1，
然后该函数就可以在 C 代码中用 extern 关键字加以声明，然后直接调用。

3.2 实验任务操作指导

3.2.1 创建示例程序源码

以下步骤以在华为鲲鹏云服务器上执行为例。
步骤 1 创建目录
执行以下命令，创建 called 目录存放该程序的所有文件, 并进入 called 目录。

mkdir called
cd called

步骤 2 创建 globalCalling.c 源代码
执行以下命令，创建示例调用 C 语言程序源码 globalCalling.c。

vim globalCalling.c

代码内容如下：

/* globalCalling.c*/
#include <stdio.h>
extern void strcpy1(char *d, const char *s);
int main()
{
   const char *srcstring="Source string";
   char dststring[]="Destination string";
   printf("Original Status: %s %s\n",srcstring,dststring);
   strcpy1(dststring,srcstring);
   printf("Modified Status: %s %s\n",srcstring,dststring); 
   return 0;
}

步骤 3 创建 globalCalled.S 源代码
执行以下代码命令，创建被调用的汇编语言程序源码 globalCalled.S。

vim globalCalled.S

代码内容如下：

/* globalCalled.S */
.global strcpy1
# Start the function: strcpy1
strcpy1:
LDRB w2,[X1],#1
STR w2,[X0],#1
CMP w2,#0 //ascii code "NUL" is the last character of a string;
BNE strcpy1
RET

3.2.2 进行编译运行

保存示例源码文件，然后退出 vim 编辑器。在当前目录中依次执行以下命令，进行代码编译
运行。

gcc globalCalling.c globalCalled.S -o called
./called

通过上述代码运行，可以看出，编写的使用 C 语言代码调用汇编程序已经在华为鲲鹏云服务
器上通过编译和运行，并成功输出结果：
Original Status: Source string Destination string
Modified Status: Source string Source string

3.3 思考题及答案

• 除了使用调用汇编脚本的方式，还有哪些方法可以使用 C 语言调用汇编代码？
  参考答案：
  可以使用 C 语言中的 asm 关键字来在 C 语言源码中嵌入汇编代码。

4 实验 3：使用 C 语言代码内嵌汇编程序

​​C语言实现反汇编【微机原理】​​

4.1 实验介绍

4.1.1 关于本实验

实现在 ARM 平台上通过 C 语言代码内嵌汇编代码的方式，将一个整数类型值，以字节为单位
从小尾端转到大尾端或者相反的功能。

4.1.2 教学目标

掌握在 ARM 平台上实现 C 语言代码中内嵌汇编代码的方法。

4.1.3 内容介绍

通过 C 语言代码内嵌汇编代码，将一个整数类型值，以字节为单位从小尾端转到大尾端或者
相反的功能。例如小尾端时 32bit 整数值用 16 进制表示为 0x12345678，将其以字节为单位
转换为大尾端存储后，该值为 0x78563412。

4.2 实验任务操作指导

4.2.1 创建示例程序源码

以下步骤以在华为鲲鹏云服务器上执行为例。
步骤 1 创建目录
执行以下命令，创建 builtin 目录存放该程序的所有文件, 并进入 bulitin 目录。

mkdir builtin
cd builtin

步骤 2 创建 C 语言内嵌汇编程序源代码
执行以下命令，创建 C 语言内嵌汇编程序源码 globalBuiltin.c。

vim globalBuiltin.c

代码内容如下：

/* globalBuiltin.c*/
#include <stdio.h>
int main()
{
  int val=0x12345678;
  __asm__ __volatile__(
     "mov x3,%1\n"
    "mov w3,w3, ror #8\n"
    "bic w3,w3, #0x00ff00ff\n"
    "mov x4,%1\n"
    "mov w4,w4, ror #24\n"
    "bic w4,w4, #0xff00ff00\n"
    "add w3,w4,w3\n"
    "mov %0,x3\n"
    :"=r"(val)
    :"0"(val)
    :"w3","w4","cc"
  );
  printf("out is %x \n",val);
  return 0;
}

4.2.2 进行编译

保存示例源码文件，然后退出 vim 编辑器。在当前目录中依次执行以下命令，进行代码编
译。
步骤 1 预处理

gcc -E globalBuiltin.c -o globalBuiltin.i

步骤 2 编译

gcc -S globalBuiltin.i -o globalBuiltin.s

步骤 3 汇编

gcc -c globalBuiltin.s -o globalBuiltin.o

步骤 4 生成可执行文件

gcc globalBuiltin.o -o globalBuiltin

命令和生成的文件如下：

4.2.3 进行运行

运行生成的 globalBuiltin 文件，查看输出结果。
命令如下：

./globalBuiltin

结果如下：

通过上述代码运行，可以看出，编写的 C 语言代码内嵌汇编程序已经在华为鲲鹏云服务器上
通过编译和运行，并成功输出结果：out is 78563412。

4.2.4 思考题及答案

• 在 C 代码中内嵌的汇编语句的基本格式为是什么？
  参考答案：

__asm__ __volatile__ (“asm code”
：输出操作数列表
：输入操作数列表
：clobber 列表
)

说明：《汇编与接口技术》课程配套实验手册中的实验内容由北京交通大学计算机与信息技术
学院赵宏智老师提供，华为公司负责实验手册文档的编写。