可以使用多种工具编写不同版本的 ARM 内核，但最流行的一组工具是 GNU ARM 工具链。更多地了解如何使用 ARM 内核进行嵌入式开发，以及如何安装并使用 GNU 工具。

如果您对在最普遍的微处理器上开发嵌入式系统感兴趣，那么 Advanced RISC Machines (ARM) 内核是您的最佳选择。本文通过描述一组常用的工具（GNU ARM 工具链），帮助您开始理解嵌入式系统开发的软件部分。

ARM 家族

嵌入式系统开发人员最关注的问题之一是，如果通过最少的电能获得最大的处理能力。对于如何在处理器功率和电池消耗之间找到平衡点，ARM 处理器家族拥有最好的设计。

通过积累 20 多年来开发多个版本的经验，ARM 内核获得了最先进的技术。运行在移动电话上（比如 T-Mobile G1 Android）的最新芯片级系统 (SoC) 处理器组合了双核（ARM9 和 ARM11）处理器，从而改进了低功耗平台上的多媒体应用程序的性能。

最新的 ARM 内核支持两种操作状态：ARM 状态，其中内核执行 32 位整词对齐指令；和 THUMB 状态，其中内核执行 16 位半词对齐指令。ARM 模式为处理器提供最大的功率和寻址范围，而 THUMB 模式允许以紧凑、节省内存的方式编写应用程序的某些部分，从而节省内存开销。在这两种模式之间切换是很容易的，并且对很多算法而言，代码的行数可以大大减少。

ARM 处理器通过利用改进的 Harvard 架构 提升了性能。在这种架构中，处理器使用独立的数据和指令缓存，但它们通过相同的总线访问额外内存。另外，指令被装入分为 5 个阶段的 “管道”，从而使并行处理发生在最近加载到管道中的 5 个指令上。换句话说，这 5 个独立的行为（获取、解码、ALU、内存和写）涉及到并行发生的指令。只要管道的流通稳定，代码就能享受到并行带来的速度优势。但如果有一个分支在管道之外编写代码，就必须重置整个管道，这会损害性能。所以在设计代码时要谨慎，尽量避免使用分支。

ARM 架构提供的一个独特特性是 —— 迫使程序员用全新的、独特的方式思考 —— 可以根据系统标志的当前状态选择执行每个指令。该特性能够避免在某些算法中使用分支，从而保持基于管道的指令和数据缓存机制以最佳的性能运行（因为分支导致不必要地清除缓存）。

GNU ARM 工具链

大部分 ARM 系统编程发生在使用交叉编译工具的非 ARM 工作站上，其目标是在 ARM 平台上使用。GNU ARM 工具链是一种编程环境，它允许您在设计、开发和使用 ARM 模拟器进行测试时选择自己最喜欢的工作站环境。

GNU 工具链驻留在 CodeSourcery 上（见 参考资料 部分的链接），可以免费下载使用。它也被称为 Sourcery G++ Lite。除了 GNU C Library 之外，其他所有工具都是根据标准的 GNU Public License version 3 (GPL3) 进行授权的。GNU C Library 根据 GPL version 2.1 进行授权。GNU 工具链中包含的工具有二进制实用程序（binutils）、GNU Compiler Collection (GCC)、GNU Remote Debugger (GDB)、GNU make 和 GNU 内核实用程序。

此外，Sourcery G++ Lite 包还包含大量关于 GNU 工具链的文档，其中包括 GNU Coding Standards 文档 —— 在 GNU 汇编程序文档下面，是很好的读物，因为您可以找到许多关于 ARM 的信息：代码、语法和指令等。

下载和安装 GNU 工具链

要下载 GNU 工具链，请访问 CodeSourcery 下载站点（见 参考资料）并选择 IA32 GNU/Linux TAR 文件：

arm-2008q3-72-arm-none-linux-gnueabi-i686-pc-linux-gnu.tar.bz2

有针对主要客户机操作系统的各种 GNU 版本，但本文主要关注在 Linux® 下安装和使用工具链的 Lite 版本。

由于 ARM 设计在其发展过程中已经经历不同的版本，所以这个 Lite 包包含了处理器设计的 3 个最常见版本的不同 C 库，这 3 个版本是 ARM v4T、ARM v5T 和 ARM 7。

接下来，使用 bunzip2 命令将文件提取到您的主目录。

				
$ bunzip2 arm-2008q3-72-arm-none-linux-gnueabi-i686-pc-linux-gnu.tar.bz2
$ tar -xvf arm-2008q3-72-arm-none-linux-gnueabi-i686-pc-linux-gnu.tar
  .
  .
  .
  (Files listed while being extracted from the archive.)
  .
  .
  .
$

现在，修改您的 PATH 环境变量以访问工具链的 bin 目录。这样，工具就可以使用了。

配置 Linux 以使用 GNU 工具链

在工具链的下载页面，您还可以找到几个有用的 PDF 文件和一份详细的入门指南，它们归档了所包含的工具。本文仅提供精简的介绍，帮助您设置好并运行工具链。

如果从事的 ARM 编程超出 Intel® 处理器编程，另一种方法是将符号链接添加到您的 /usr/local/bin 目录，它引用工具链 bin 目录中的工具。通过这种方式，您可以使用快捷方式（比如 as）交互地运行 arm-none-linux-gnueabi-as 命令。清单 2 给出了如何设置这些符号链接的示例。

				
# cd /usr/local/bin
# which arm-none-linux-gnueabi-as
/home/bzimmerly/Sourcery_G++_Lite/bin/arm-none-linux-gnueabi-as
# ln -s /home/bzimmerly/Sourcery_G++_Lite/bin/arm-none-linux-gnueabi-as as
# ls -l as
lrwxrwxrwx 1 bzimmerly bzimmerly 76 2009-03-13 02:48 as -> /home/bzimmerly
/Sourcery_G++_Lite/bin/arm-none-linux-gnueabi-as
# ./as --version
GNU assembler (Sourcery G++ Lite 2008q1-126) 2.18.50.20080215
Copyright 2007 Free Software Foundation, Inc.
This program is free software; you may redistribute it under the terms of
the GNU General Public License version 3 or later.
This program has absolutely no warranty.
This assembler was configured for a target of `arm-none-linux-gnueabi'.
#

使用 which 命令查找该命令的完整路径名，这样方便将其复制粘贴到 ln 命令。然后，使用 ln -s 命令创建符号链接。完成之后，列出符号链接并运行它，核实是否已经成功创建。通过创建引用 GNU 工具链 bin 目录中的所有工具的简单符号链接，您就不需要输入冗长的名字了。当然，每次运行汇编程序时，输入 as 总比输入 arm-none-linux-gnueabi-as 容易！

为 ARM 架构编写程序

有许多关于用流行的 C 语言编写 ARM 程序的指南，但关于用汇编语言编写的指南却很少。在本文，我打算打破传统，用汇编语言编写程序 —— 这通常被认为是编程的 “邪端”。这是一个简单的 “Hello World” 类型的程序，其目标是针对特定的 ARM Linux 版本。

本文描述的示例程序被设计为运行在运行 Android Linux 的 T-Mobile G1 移动电话上。它是用通用的方式编写的，因此也可以运行在其他基于 ARM 的 Linux 平台上（仅进行标准的系统调用）。然而，您至少要使用 2.6.16 版本的 Linux 内核，它允许您使用新的 Embedded Application Binary Interface (EABI) 内核系统调用。

注意：要阅读有关为硬件进行 ARM 编程而不是在 Linux 下进行编程的文章，请查看 参考资料 小节提供的 Embedded.com 文章链接。

使用您最喜欢的编辑器，通过清单 3 中的代码创建一个称为 build 的脚本。这个脚本运行 GNU ARM 汇编程序，其后是一个连接器（linker）。创建这个程序的目的是实现一个非常小的可执行程序，所以我使用连接器开关 --strip-all 去除所有调试信息。创建该脚本之后，发出 chmod +x build 命令让它变成可执行脚本。

				
#!/bin/bash
echo Building the ARM Linux Hello World...
arm-none-linux-gnueabi-as -alh -o hw.o hw.S > hw.lst
arm-none-linux-gnueabi-ld --strip-all -o hw hw.o

接下来，创建名为 hw.S 的源模块，并将清单 4 中的代码添加到其中。

				
@filename: hw.S

.text
.align 2
.global _start

@ ssize_t sys_write(unsigned int fd, const char * buf, size_t count)
@         r7                 r0      r1                r2

_start:
    adr     r1, msg         @ Address
    mov     r0, #1          @ STDOUT
    mov     r2, #16         @ Length
    mov     r7, #4          @ sys_write
    svc     0x00000000

@ int sys_exit(int status)
@     r7       r0

    mov     r0, #0          @ Return code
    mov     r7, #1          @ sys_exit
    svc     0x00000000

.align 2

msg:
    .asciz "Hello Android!\n\n"

在 GNU 汇编语言的语法中，“at” 符号 (@) 用于指定行注释。汇编语言忽略 @ 之后的任何内容，直至行末。

这个程序使用两个标准的 Linux 系统调用：sys_write 和 sys_exit。在这两个调用中，以上的汇编语言代码等效于 C 语言的注释形式。这样可以更加容易看到 ARM 寄存器如何恰当地映射到系统调用使用的调用参数。需要记住一个规则，参数是自左至右的，从 r0 到 r6。寄存器 r7 很特别，因为它存储使用的系统调用号码。

svc 0x00000000 指令告诉 ARM 处理器调用 “超级用户”，在本例中是 Linux 内核。