LA32R汇编编程简介

LA32R汇编编程学习环境介绍

交叉工具链

在进行基于LA32R的应用程序或操作系统开发时，由于我们手边缺少真实的以LA32R为架构的CPU，我们需要借助交叉工具链进行代码的编译与程序的模拟运行。

在交叉开发的过程中，应区分宿主机和目标机。目标机的指令集架构是期望运行的架构，也就是本手册的LA32R架构；宿主机是执行编译、提供模拟运行环境的机器，如我们常用的x86架构机器。交叉编译要实现的目标是在宿主机上生成目标机架构的代码，模拟运行实现的目标是在宿主机上运行目标机架构的程序。

下表中的工具为LA32R汇编编程环境所需的工具与软件环境，请选择对应版本下载好，下一小节将介绍它们的使用方法。

工具	用途	下载地址
loongarch32r-linux-gnusf-{gcc/objdump/gdb/...}	交叉编译器、反汇编器、调试器……	工具发行版地址
la32r-QEMU	LA32R模拟器	qemu发行版地址

简单的LA32R汇编编程学习环境

这里为初学者提供一个简易的LA32R汇编编程学习环境，无需同学们自己搭建环境，可以快速上手。

克隆LA32R指令集学习指导手册仓库，进入try-example目录：

$ git clone https://gitee.com/shepherdwang/la32r_study_note.git
$ cd la32r_study_note/try-example

参照该目录下的README.md，按照步骤生成已包含交叉工具链和qemu的docker容器环境，即可进行初步尝试，在docker内运行该目录下提供的汇编源代码样例。汇编源代码样例为汇编编程示例一节中给出的三个例子。

自行搭建环境与工具使用方法介绍

如果同学们想要尝试自己搭建工具链环境，可以参考以下内容，搭建过程也并不困难。以下内容也包含工具的使用方法。

`loongarch32r-linux-gnusf-*`

交叉工具链发行版支持的宿主机架构包括x86_64、aarch64和LA64架构。下载后可以通过

$ echo 'export PATH=<your loongarch32r gnu toolchain path>/bin:$PATH' >> ~/.bashrc
$ source ~/.bashrc

将其添加至环境变量中并使其生效。可以在命令行中输入loong后按<TAB>键查看是否能够自动联想出loongarch32r-linux-gnusf-，来检查路径配置是否正确。

工具的使用方法与不带交叉前缀的使用方法一致。最常使用的两个工具为gcc和objdump。前者用于编译.c或.S源文件生成目标机可执行程序；后者用于生成反汇编文件，常用于debug，查看指令地址PC和指令inst的关系，查看变量的内存地址等等，它的不同参数会输出不同的内容，可以查阅GNU工具手册的objdump部分了解更多。

# compile source
$ loongarch32r-linux-gnusf-gcc <file_name>.S -o <file_name>

# dump disassembly file
$ loongarch32r-linux-gnusf-objdump -D <file_name> > <file_name>.s

`la32r-QEMU`

通过qemu（Quick Emulator），我们可以在宿主机上模拟运行我们编写的LA32R汇编程序。目前LA32R的qemu对下述两种运行模式均得到了支持。因为本手册是用于LA32R汇编程序的学习，我们编写的汇编程序在User Mode的qemu上运行即可。

QEMU的两种运行模式：

User Mode（用户模式）：用户只需要将目标架构程序放在QEMU中运行即可，其他的事情全部由QEMU虚拟机来完成，不需要用户自定义内核和虚拟磁盘等文件。

System Mode（系统模式）：用户需要为QEMU指定运行的内核或者虚拟硬盘等文件。

qemu编译

la32r-QEMU仓库发行版中已经为大家提供了x86_64和aarch64两种架构的qemu，使用这两种PC架构的同学无需编译qemu，可以直接下载解压运行，跳过此步。需要自己编译qemu源码的同学可以阅读这部分内容。

因为提供了qemu源码，我们可以在各自宿主机上进行编译运行。编译qemu前请阅读仓库的wiki，安装好编译时的依赖。注意编译的qemu是qemu-loongarch32(linux-user)。生成的qemu位于<your qemu src path>/build/qemu-loongarch32。可以编写如下脚本进行编译：

build.sh
#!/bin/bash
if [ ! -d "build" ]; then
    mkdir build
fi
cd build
../configure \
    --target-list=loongarch32-linux-user \
    --disable-werror --enable-debug
make -j`nproc`

qemu运行

类似地，我们可以编写运行脚本user_run.sh。

user_run.shuser_run_gdb.sh

#!/bin/bash
/path/to/your/qemu-loongarch32 \
    -L /path/to/sysroot \
    /path/to/loongarch32r-executable

#!/bin/bash
/path/to/your/qemu-loongarch32 \
    -g 1234 \
    -L /path/to/sysroot \
    /path/to/loongarch32r-executable

其中参数-L用于提供交叉运行所需的正确的头文件和库文件，该路径位于下载的交叉工具链sysroot目录下，替换为自己的路径即可。

sysroot路径

对于x86_64和LA64而言，sysroot路径为<your loongarch32r gnu toolchain path>/loongarch32r-linux-gnusf/sysroot；

对于aarch64而言，sysroot路径为<your loongarch32r gnu toolchain path>/sysroot。

如果在qemu上运行出错，需要用gdb来debug，可以利用loongarch32r-linux-gnusf-gdb通过端口连接后进行交叉调试。此时需要添加-g 1234配置供gdb连接的端口号，让qemu不自动运行，与gdb连接后再运行。请注意，该参数需要放在可执行文件路径前面。

qemu与gdb的连接过程

如果在qemu上程序运行出错，此时我们可以利用gdb进行debug。前面提到，可以在qemu运行时添加-g 1234参数，等待gdb通过端口1234来连接。连接后，像调试普通宿主机程序一样调试即可。

宿主机 terminal 1: qemu 宿主机 terminal 2: gdb

# start qemu
$ cd <your qemu path>
$ ./user_run_gdb.sh
# qemu wait for connection

$ cd <your executable path>
# load file's symbol table
$ loongarch32r-linux-gnusf-gdb <file_name>

# connected to gdb

# at gdb terminal
(gdb) target remote :1234
(gdb) b *main
(gdb) b <somewhere_you_want>
(gdb) c

# qemu start to run

# … reach breakpoints
# trail for bugs
(gdb) <command>

gdb常用命令

命令	例子	用法
`c`	-	继续执行，直到遇到断点
`si`	-	执行下一条指令，如果有函数调用，则进入函数内部
`ni`	-	执行下一条指令，即使有函数调用，也不会进入函数内部
`i r` (`info registers`)	-	查看全部通用寄存器值
`b *<symbol>`	`b *main`	在标号处设断点
`b *<addr>`	`b *0x10518`	在某地址处设断点
`p /<basic_format> <symbol>`	`p /x $sp`	以某种格式打印某个标号（寄存器或变量）的值 `<basic_format>`: `c->char` `d->decimal` `o->octal` `x->hex`
`x /<format> <symbol>`	`x /10x 0x10580` `x /20i 0x10580` `x /20i $pc`	以某种格式打印内存地址的值 `<format> = <num><basic_format>` `<basic_format>`: `c->char` `d->decimal` `o->octal` `x->hex` `i->instruction`
`disassemble`	-	查看当前`PC`所在地址的一段汇编指令
`layout asm`	-	以可视化的方式查看指令的执行，使用`Ctrl x + a`退出该模式