嵌入式实验指导书.doc

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1、1、ADS 1.2集成开发环境练习1.1 实验目的了解ADS 1.2集成开发环境的使用方法。1.2 实验设备 硬件：PC机 一台 软件：Windows98/XP/2000系统，ADS 1.2集成开发环境1.3 实验内容1. 建立一个新的工程；2. 建立一个C源文件，并添加到工程中；1. 设置编译连接控制选项；4. 编译连接工程。1.4 实验预习要求仔细阅读本书第2.2节ADS工程编辑的内容。1.5 实验步骤1. 启动ADS1.2 IDE集成开发环境，选择【File】- 【New】，使用ARM Executable Image工程模板建立一个工程，工程名称为ADS，见图1。图1 建立ARM指令代

2、码的工程2. 选择【File】-【New】建立一个新的文件TEST1.S，设置直接添加到项目中，见图1.2。输入如程序清单1所示的代码，并保存，见图1.3。图2 新建文件TEST1.S 程序清单1 TEST1.S文件代码AREA Example1,CODE,READONLY ; 声明代码段Example1 ENTRY ; 标识程序入口CODE32 ; 声明32位ARM指令START MOV R0,#15 ; 设置参数MOV R1,#8 ADDS R0,R0,R1 ; R0 = R0 + R1 B START END 图3 添加了TEST1.S的工程管理窗口1. 选择【Edit】-【DebugR

3、el Settings】，在DebugRel Settings对话框的左边选择ARM Linker项，然后在Output页设置连接地址(见图1.4)，在Options页设置调试入口地址(见图1.5)。图4 工程连接地址设置图5 工程调试入口地址设置4. 选择【Project】-【Make】，将编译连接整个工程。1.6 思考工程模板有何作用？(提示：编译控制设置) 如何强行重新编译工程的所有文件？(提示：选择【Project】-【Remove Object Code】删除工程中的*.obj文件)2 汇编指令实验1 2.1 实验目的1了解ADS 1.2集成开发环境及ARMulator软件仿真；2掌

4、握ARM7TDMI汇编指令的用法，并能编写简单的汇编程序；3. 掌握指令的条件执行和使用LDR/STR指令完成存储器的访问。2.2 实验设备硬件：PC机 一台 软件：Windows98/XP/2000系统，ADS 1.2集成开发环境2.3 实验内容使用LDR指令读取0x40003100上的数据，将数据加1，若结果小于10则使用STR指令把结果写回原地址，若结果大于等于10，则把0写回原地址。使用ADS 1.2软件仿真，单步、全速运行程序，设置断点，打开寄存器窗口(Processor Registers)监视R0、R1的值，打开存储器观察窗口(Memory) 监视0x40003100上的值。2.

5、4 实验预习要求仔细阅读ARM与嵌入式系统基础教程第4章ARM指令系统的内容；仔细阅读本书第2.2、2.3节ADS工程编辑和AXD调试的内容。(本实验使用软件仿真) 2.5 实验步骤1. 启动ADS 1.2，使用ARM Executable Image工程模板建立一个工程Instruction1。2. 建立汇编源文件TEST2.S，编写实验程序，然后添加到工程中。3. 设置工程连接地址RO Base为0x40000000，RW Base为0x40003000。设置调试入口地址Image entry point为0x40000000。4. 编译连接工程，选择【Project】-【Debug】，启

6、动AXD进行软件仿真调试。5. 打开寄存器窗口(Processor Registers)，选择Current项监视R0、R1的值。打开存储器观察窗口(Memory) 设置观察地址为0x40003100，显示方式Size为32Bit，监视0x40003100地址上的值。说明：在Memory窗口中点击鼠标右键，Size项中选择显示格式为8Bit、16Bit、32Bit。如图1.6所示。6. 可以单步运行程序，可以设置/取消断点，或者全速运行程序，停止程序运行，调试时观察寄存器和0x40003100地址上的值。运行结果见图1.7。图6 Memory窗口显示格式设置图7 汇编实验1程序运行结果2.6

7、实验参考程序汇编指令实验1的参考程序见程序清单2。程序清单2 汇编指令实验1参考程序COUNT EQU 0x40003100 ; 定义一个变量，地址为0x40003100AREA Example2,CODE,READONLY ; 声明代码段Example2 ENTRY ; 标识程序入口CODE32 ; 声明32位ARM指令START LDR R1,=COUNT ; R1 = COUNT MOV R0,#0 ; R0 = 0 STR R0,R1 ; R1 = R0，即设置COUNT为0 LOOP LDR R1,=COUNT LDR R0,R1 ; R0 = R1 ADD R0,R0,#1 ; R

8、0 = R0 + 1 CMP R0,#10 ; R0与10比较，影响条件码标志MOVHS R0,#0 ; 若R0大于等于10，则此指令执行，R0 = 0 STR R0,R1 ; R1 【Reload Current Image】重新加载映象文件) 3 汇编指令实验2 3.1 实验目的1. 掌握ARM数据处理指令的使用方法；2. 了解ARM指令灵活的第2个操作数。3.2 实验设备 硬件：PC机 一台 软件：Windows98/XP/2000系统，ADS 1.2集成开发环境3.3 实验内容1. 使用MOV和MVN指令访问ARM通用寄存器；2. 使用ADD、SUB、AND、ORR、CMP、TST等指

9、令完成数据加减运算及逻辑运算。3.4 实验预习要求仔细阅读ARM与嵌入式系统基础教程第4章ARM指令系统的内容；仔细阅读本书第2.2、2.3节ADS工程编辑和AXD调试的内容。(本实验使用软件仿真) 3.5 实验步骤1. 启动ADS 1.2，使用ARM Executable Image工程模板建立一个工程Instruction2。2. 建立汇编源文件TEST3.S，编写实验程序，然后添加到工程中。3. 设置工程连接地址RO Base为0x40000000，RW Base为0x40003000。设置调试入口地址Image entry point为0x40000000。4. 编译连接工程，选择【P

10、roject】-【Debug】，启动AXD进行软件仿真调试。5. 打开寄存器窗口(Processor Registers)，选择Current项监视各寄存器的值。说明：使用鼠标左键选择某一个寄存器，然后点击鼠标右键，Format项中选择显示格式Hex、Decimal等等。如图1.8所示。图8 设置寄存器显示格式6. 单步运行程序，观察寄存器值的变化。说明：有变化的寄存器会以红色显示。如图1.9所示。图9 寄存器值更新的显示3.6 实验参考程序汇编指令实验2的参考程序见程序清单3。程序清单3 汇编指令实验2参考程序X EQU 11 ; 定义X的值为11 Y EQU 8 ; 定义Y的值为8 BIT

11、23 EQU (123) ; 定义BIT23的值为0x00800000 AREA Example3,CODE,READONLY ; 声明代码段Example3 ENTRY ; 标识程序入口CODE32 ; 声明32位ARM指令START ; 使用MOV、ADD指令实现：R8 = R3 = X + Y MOV R0,#X ; R0 = X，X的值必须是8位图数据MOV R1,#Y ; R1 = Y，Y的值必须是8位图数据ADD R3,R0,R1 ; 即是R3 = X + Y MOV R8,R3 ; R8 (2*X)吗？若大于则R5 = R5&0xFFFF0000，否则R5 = R5|0x0000

12、00FF MOV R0,#Y ADD R0,R0,R0,LSL #2 ; 计算R0 = Y + 4*Y = 5*Y MOV R0,R0,LSR #1 ; 计算R0 = 5*Y/2MOV R1,#X MOV R1,R1,LSL #1 ; 计算R1 = 2*X CMP R0,R1 ; 比较R0和R1，即(5*Y/2)和(2*X)进行比较LDRHI R2,=0xFFFF0000 ; 若(5*Y/2)(2*X)，则R2 (2*X)，则R5 = R5&R2 ORRLS R5,R5,#0x000000FF ; 若(5*Y/2)(2*X)，则R5 = R5|0x000000FF ; 使用TST指令测试R5的

13、bit23是否为1，若是则将bit6位清零(使用BIC指令) TST R5,#BIT23 BICNE R5,R5,#0x00000040 B START END 3.7 思考指令MOV R0,#0x12345678是否正确?为什么？将参考程序中应用CMP指令的代码，功能改为若(5*Y/2)(2*X)则R5 = R5|0x000000FF，否则R5 = R5&0xFFFF0000，程序应如何修改？更改参考程序的X的值为200，Y的值为163，单步运行程序，每执行一步程序的结果是多少？如何实现64位加法运算(R6、R5) = (R6、R5) + (R3、R2)？(提示：使用ADC指令) 4 汇编指

14、令实验3 4.1 实验目的1. 掌握ARM乘法指令的使用方法；2. 了解子程序编写及调用。4.2 实验设备 硬件：PC机 一台软件：Windows98/XP/2000系统，ADS 1.2集成开发环境4.3 实验内容使用STMFD/LDMFD、MUL指令编写一个整数乘方的子程序，然后使用BL指令调用子程序计算的值。4.4 实验预习要求仔细阅读ARM与嵌入式系统基础教程第4章ARM指令系统的内容；仔细阅读本书第2.2、2.3节ADS工程编辑和AXD调试的内容。(本实验使用软件仿真) 4.5 实验原理= X*X *X *X，其中相乘的X的个数为n个。先将X的值装入R0和R1，使用寄存器R2进行计数，

15、循环n-1次R0 = R0*R1，运算结果就保存在R0中。(不考虑结果溢出问题) 注意，若n为0，则运算结果直接赋1；若n为1，则运算结果直接赋X。4.6 实验步骤1. 启动ADS 1.2，使用ARM Executable Image工程模板建立一个工程Instruction3。2. 建立汇编源文件TEST4.S，编写实验程序，然后添加到工程中。3. 设置工程连接地址RO Base为0x40000000，RW Base为0x40003000。设置调试入口地址Image entry point为0x40000000。4. 编译连接工程，选择【Project】-【Debug】，启动AXD进行软件仿

16、真调试。5. 打开寄存器窗口(Processor Registers)，选择Current项监视寄存器R0、R1、R13（SP）和R14(LR)的值。6. 打开存储器观察窗口(Memory) 设置观察地址为0x40003EA0，显示方式Size为32Bit，监视从0x40003F00起始的满递减堆栈区。7. 单步运行程序，跟踪程序执行的流程，观察寄存器值的变化和堆栈区的数据变化，判断执行结果是否正确。8. 调试程序时，更改参数X和n来测试程序，观察是否得到正确的结果。例如：先复位程序(选择【File】-【Reload Current Image】)，接着单步执行到“BL POW”指令，在寄存器

17、窗口中将R0、R1的值进行修改，然后继续运行程序。说明：用鼠标双击寄存器窗口的寄存器，即可修改寄存器的值。输入数据可以是十进制数(如136、198)，也可以是十六进数(如0x123，0xF0)，输入数据后回车确定。4.7 实验参考程序汇编指令实验3的参考程序见程序清单4。程序清单4 汇编指令实验3参考程序; 文件名：TEST4.S ; 功能：计算X的n次方的值; 说明：X和n均为无符号整数XEQU 9 ; 定义X的值为9 n EQU 8 ; 定义n的值为8 AREA Example4,CODE,READONLY ; 声明代码段Example4 ENTRY ; 标识程序入口CODE32 ; 声明

18、32位ARM指令STARTLDR SP,=0x40003F00 ; 设置堆栈(满递减堆栈，使用STMFD/LMDFD指令) LDR R0,=X LDR R1,=n BL POW ; 调用子程序POW，返回值为R0 HALT B HALT ; 名称：POW; 功能：整数乘方运算。; 入口参数：R0 底数; R1 指数; 出口参数：R0 运算结果; 占用资源：R0、R1 ; 说明：本子程序不考虑溢出问题POW STMFD SP!,R1-R12,LR ; 寄存器入栈保护MOVS R2,R1 ; 将指数值复制到R2，并影响条件码标志MOVEQ R0,#1 ; 若指数为0，则设置R0=1 BEQ POW

19、END ; 若指数为0，则返回CMP R2,#1 BEQ POW_END ; 若指数为1，则返回。(此时R0没有被更改) MOV R1,R0 ; 设置DO_MUL子程序的入口参数R0和R1 SUB R2,R2,#1 ; 计数器R2 = 指数值减1 POW_L1 BL DO_MUL ; 调用DO_MUL子程序，R0 = R1 * R0 SUBS R2,R2,#1 ; 每循环一次，计数器R2减1 BNE POW_L1 ; 若计数器R2不为0，跳转到POW_L1 POW_END LDMFD SP!,R1-R12,PC ; 寄存器出栈，返回; 名称：DO_MUL ; 功能：32位乘法运算。; 入口参

20、数：R0 乘数; R1 被乘数; 出口参数：R0 计算结果; 占用资源：R0、R1 ; 说明：本子程序不会破坏R1 DO_MUL MUL R0,R1,R0 ; R0 = R1 * R0 MOV PC,LR ; 返回END 4.8 思考若需要考虑溢出问题(使用32位运算结果，判断运算是否溢出)，如何修改实验参考程序？(提示：使用UMULL指令) 在实验参考程序中的DO_MUL子程序，是否可以使用B、ADD、SUB指令返回？(提示：修改程序进行测试)5 汇编指令实验4 5.1 实验目的学习ARM微控制器的16位Thumb汇编指令的使用方法。5.2 实验设备 硬件：PC机 一台 软件：Windows

21、98/XP/2000系统，ADS 1.2集成开发环境5.3 实验内容使用Thumb指令ADD、MOV、CMP、B实现1+2+3+N的运算(N为0时，结果为0；N为1时结果1)。5.4 实验预习要求仔细阅读ARM与嵌入式系统基础教程第4章ARM指令系统的内容；仔细阅读本书第2.2、2.3节ADS工程编辑和AXD调试的内容。(本实验使用软件仿真) 5.5 实验原理ARM微控制器复位后处于ARM状态，此时只能执行ARM指令，所以需要使用BX指令切换到Thumb状态，才能开始执行Thumb指令。程序使用R0保存结果，所以一开始就要初始化为0；循环执行R0=R0+R1，R1为循环计数器，从1开始计数，每

22、一次循环R1加1；当循环计数器R1的值到达N时，运算结束。5.6 实验步骤1. 启动ADS 1.2，使用ARM Executable Image工程模板建立一个工程Instruction4。2. 建立汇编源文件TEST5.S，编写实验程序，然后添加到工程中。3. 设置工程连接地址RO Base为0x40000000，RW Base为0x40003000。设置调试入口地址Image entry point为0x40000000。4. 编译连接工程，选择【Project】-【Debug】，启动AXD进行软件仿真调试。5. 打开寄存器窗口(Processor Registers)，选择Current

23、项监视各寄存器的值。6. 单步运行程序，注意执行BX R0指令前后CPSR寄存器的T位。说明：在寄存器窗口的CPSR寄存器，大写字母的位表示该位为1，小写字母的位表示该位为0(比如“T”表示T位为1，“t”表示T位为0)。5.7 实验参考程序汇编指令实验4的参考代码见程序清单5。程序清单5 汇编指令实验4参考程序; 文件名：TEST5.S ; 功能：计算1+2+.+N的值; 说明：N0，当N=0时结果为0；当N=1时结果为1。N EQU 100 ; 定义N的值为100 AREA Example5,CODE,READONLY ; 声明代码段Example5ENTRY ; 标识程序入口CODE32

24、 ; 声明32位ARM指令ARM_CODE LDR SP,=0x40003F00 ; 设置堆栈指针 ADR R0,THUMB_CODE+1 BX R0 ; 跳转并切换处理器状态LTORG ; 声明文字池CODE16 ; 声明16位Thumb指令THUMB_CODE LDR R0,=N ; 设置子程序SUM_N的入口参数BL SUM_N ; 调用子程序SUM_N B THUMB_CODE ; 名称：SUM_N ; 功能：计算1+2+.+N的值; 入口参数：R0 N的值; 出口参数：R0 运算结果; 占用资源：R0 ; 说明：当N=0时结果为1；当N=1时结果为1。; 若运算溢出，结果为0。SUM

25、N PUSH R1-R7,LR ; 寄存器入栈保护MOVS R2,R0 ; 将N的值复制到R2，并影响条件码标志BEQ SUM_END ; 若N的值为0，则返回。(此时R0没有被更改) CMP R2,#1 BEQ SUM_END ; 若N的值为1，则返回。(此时R0没有被更改) MOV R1,#1 ; 初始化计数器R1=1 MOV R0,#0 ; 初始化结果寄存器R0=0 SUM_L1 ADD R0,R1 ; R0 = R0 + R1 BCS SUM_ERR ; 结果溢出，跳转到SUM_ERR CMP R1,R2 ; 将计数器的值与N比较BHS SUM_END ; 若计数器的值N，则运算结束

26、ADD R1,#1 B SUM_L1 SUM_ERR MOV R0,#0 SUM_END POP R1-R7,PC ; 寄存器出栈，返回END5.8 思考在Thumb指令只有哪一条指令具有条件执行功能？Thumb指令“ADD Rd,Rm”是否会更新条件码标志？Thumb指令“MOV R8,#0xFF000000”是否正确？如果不正确应如何更改？6 汇编指令实验5 6.1 实验目的通过实验了解如何使用ARM汇编指令实现结构化程序编程。6.2 实验设备z 硬件：PC机 一台z 软件：Windows98/XP/2000系统，ADS 1.2集成开发环境6.3 实验内容使用ARM汇编指令实现if条件执行

27、使用ARM汇编指令实现for循环结构；使用ARM汇编指令实现while循环结构；使用ARM汇编指令实现dowhile循环结构；使用ARM汇编指令实现switch开关结构。6.4 实验预习要求仔细阅读ARM与嵌入式系统基础教程第4章ARM指令系统的内容；仔细阅读本书第2.2、2.3节ADS工程编辑和AXD调试的内容。(本实验使用软件仿真) 6.5 实验步骤1. 思考如何使用ARM汇编指令实现结构化编程，具体的条件自己设定。比如if条件执行，if(xy) z=0，设x为R0，y为R1，z为R2，汇编代码如何编写。2. 启动ADS 1.2，使用ARM Executable Image工程模板建立一

28、个工程Instruction5。3. 建立汇编源文件TEST6.S，编写实验程序，然后添加到工程中。4. 设置工程连接地址RO Base为0x40000000，RW Base为0x40003000。设置调试入口地址Image entry point为0x40000000。5. 编译连接工程，选择【Project】-【Debug】，启动AXD进行软件仿真调试。6. 打开寄存器窗口(Processor Registers)，选择Current项监视各寄存器的值。7. 单步运行程序，判断程序是否按设计的程序逻辑执行。6.6 实验参考程序汇编指令实验5的参考程序见程序清单6。程序清单6 汇编指令实验5

29、参考程序AREA Example6,CODE,READONLY ; 声明代码段Example6 ENTRY ; 标识程序入口CODE32 ; 声明32位ARM指令START ; if(xy) z=100; ; else z=50; ; 设x为R0，y为R1，z为R2 (x、y、z均为无符号整数) MOV R0,#76 ; 初始化x的值MOV R1,#243 ; 初始化y的值CMP R0,R1 ; 判断xy? MOVHI R2,#100 ; xy条件正确，z=100 MOVLS R2,#50 ; 条件失败，z=50 ; for(i=0; i10; i+) ; x+; ; ; 设x为R0，i为R2

30、 (i、x均为无符号整数) MOV R0,#0 ; 初始化x的值MOV R2,#0 ; 设置i=0 FOR_L1 CMP R2,#10 ; 判断i10? BHS FOR_END ; 若条件失败，退出循环ADD R0,R0,#1 ; 循环体，x+ ADD R2,R2,#1 ; i+ B FOR_L1 FOR_END NOP ; while(x0); ; 设x为R0 (x为无符号整数) MOV R0,#5 ; 初始化x的值DOWHILE_L1 ADD R0,R0,#-1 ; 循环体，xDOWHILE_L2 MOVS R0,R0 ; R0 【Debug】，启动AXD进行软件仿真调试。5. 打开寄存器

31、窗口(Processor Registers)，选择Current项监视各寄存器的值。6. 单步运行程序，注意观察CPSR、SPSR、R13(SP)、R14(LR)、R15(PC)寄存器。说明：CPSR寄存器显示方式如图1.10所示。显示分为两部分，一部分是各个标志位，另一部分是工作模式。标志位NZCVQ为条件码标志N、Z、C、V、Q，显示为大写字母，表示该位为1；显示为小写字母，表示该位为0。Q标志在ARM体系结构v5及以上版本的E变量中才有效。标志位IFT为IRQ中断禁止位I、FIQ中断禁止位F、ARM微控制器状态位T，显示为大写字母，表示该位为1；显示为小写字母，表示该位为0。T标志在A

32、RM体系结构v4及以上版本的T变量中才有效。工作模式指示ARM微控制器当前的工作模式，包括User(用户模式)、FIQ(FIQ中断模式)、IRQ(IRQ中断模式)、SVC(管理模式)、Abort(中止模式)、Undef(未定义模式)、SYS(系统模式)。图10 CPSR寄存器显示方式7.6 实验参考程序ARM微控制器工作模式实验的参考程序见程序清单7。程序清单7 ARM微控制器工作模式实验参考程序;定义堆栈的大小USR_STACK_LEGTH EQU 64 SVC_STACK_LEGTH EQU 0 FIQ_STACK_LEGTH EQU 16 IRQ_STACK_LEGTH EQU 64 A

33、BT_STACK_LEGTH EQU 0 UND_STACK_LEGTH EQU 0 AREA Example7,CODE,READONLY ; 声明代码段Example7 ENTRY ; 标识程序入口CODE32 ; 声明32位ARM指令START MOV R0,#0 MOV R1,#1MOV R2,#2 MOV R3,#3 MOV R4,#4 MOV R5,#5 MOV R6,#6 MOV R7,#7 MOV R8,#8 MOV R9,#9 MOV R10,#10 MOV R11,#11 MOV R12,#12 BL InitStack ; 初始化各模式下的堆栈指针; 打开IRQ中断(将C

34、PSR寄存器的I位清零) MRS R0,CPSR ; R0 = CPSR BIC R0,R0,#0x80 MSR CPSR_cxsf,R0 ; CPSR = R0 ; 切换到用户模式 MSR CPSR_c, #0xd0 MRS R0,CPSR ; 切换到管理模式 MSR CPSR_c, #0xdf MRS R0,CPSR HALT B HALT ; 名称：InitStack ; 功能：堆栈初始化，即初始化各模式下的堆栈指针。; 入口参数：无; 出口参数：无; 说明：在特权模式下调用此子程序，比如复位后的管理模式InitStack MOV R0, LR ; R0 = LR，因为各种模式下R0是相

35、同的;设置管理模式堆栈 MSR CPSR_c, #0xd3 LDR SP, StackSvc ;设置中断模式堆栈 MSR CPSR_c, #0xd2 LDR SP, StackIrq ;设置快速中断模式堆栈 MSR CPSR_c, #0xd1 LDR SP, StackFiq ;设置中止模式堆栈 MSR CPSR_c, #0xd7 LDR SP, StackAbt ;设置未定义模式堆栈 MSR CPSR_c, #0xdb LDR SP, StackUnd ;设置系统模式堆栈 MSR CPSR_c, #0xdf LDR SP, StackUsr MOV PC, R0 StackUsr DCD U

36、srStackSpace + (USR_STACK_LEGTH - 1)*4 StackSvc DCD SvcStackSpace + (SVC_STACK_LEGTH - 1)*4 StackIrq DCD IrqStackSpace + (IRQ_STACK_LEGTH - 1)*4 StackFiq DCD FiqStackSpace + (FIQ_STACK_LEGTH - 1)*4 StackAbt DCD AbtStackSpace + (ABT_STACK_LEGTH - 1)*4 StackUnd DCD UndtStackSpace + (UND_STACK_LEGTH -

37、1)*4 ; 分配堆栈空间 AREA MyStacks, DATA, NOINIT, ALIGN=2 UsrStackSpace SPACE USR_STACK_LEGTH * 4 ; 用户（系统）模式堆栈空间SvcStackSpace SPACE SVC_STACK_LEGTH * 4 ; 管理模式堆栈空间IrqStackSpace SPACE IRQ_STACK_LEGTH * 4 ; 中断模式堆栈空间FiqStackSpace SPACE FIQ_STACK_LEGTH * 4 ; 快速中断模式堆栈空间AbtStackSpace SPACE ABT_STACK_LEGTH * 4 ; 中止义模式堆栈空间UndtStackSpace SPACE UND_STACK_LEGTH * 4 ; 未定义模式堆栈END7.7 思考在用户模式或系统模式下读取SPSR寄存器会有何结果？在非特权模式下能否对CPSR寄存器设置？能否读取CPSR寄存器的值？(提示：参考实验程序有相应的代码，运行测试一下) 在非特权模式下如何使能/禁止IRQ或FIO中断？(提示：可以先使用SWI指令切换到管理模式) 程序中