ARM汇编（树莓派）加载数据的两种方法对比及相关问题

我是ARM汇编语言初学者，正在树莓派环境下编写代码，当前需实现将内存数据加载至寄存器的操作。最初编写了如下代码：

/* -- load01.s */

/* -- Data section */
.data

/* Ensure variable is 4-byte aligned */
.balign 4
/* Define storage for myvar1 */
myvar1:
    /* Contents of myvar1 is just 4 bytes containing value '3' */
    .word 3

/* Ensure variable is 4-byte aligned */
.balign 4
/* Define storage for myvar2 */
myvar2:
    /* Contents of myvar2 is just 4 bytes containing value '4' */
    .word 4

/* -- Code section */
.text

/* Ensure code is 4 byte aligned */
.balign 4
.global main
main:
    ldr r1, addr_of_myvar1 /* r1 ← &myvar1 */
    ldr r1, [r1]           /* r1 ← *r1 */
    ldr r2, addr_of_myvar2 /* r2 ← &myvar2 */
    ldr r2, [r2]           /* r2 ← *r2 */
    add r0, r1, r2         /* r0 ← r1 + r2 */
    bx lr

/* Labels needed to access data */
addr_of_myvar1 : .word myvar1
addr_of_myvar2 : .word myvar2

后续调研中发现另一种实现方式，可直接使用=操作符将地址加载到寄存器中，代码如下：

/* -- Data section */
.data

/* Ensure variable is 4-byte aligned */
.balign 4
/* Define storage for myvar1 */
myvar1:
    /* Contents of myvar1 is just 4 bytes containing value '3' */
    .word 3

/* Ensure variable is 4-byte aligned */
.balign 4
/* Define storage for myvar2 */
myvar2:
    /* Contents of myvar2 is just 4 bytes containing value '4' */
    .word 4

/* -- Code section */
.text

/* Ensure code is 4 byte aligned */
.balign 4
.global main
main:
    ldr r1, =myvar1 /* r1 ← &myvar1 */
    ldr r1, [r1]           /* r1 ← *r1 */
    ldr r2, =myvar2 /* r2 ← &myvar2 */
    ldr r2, [r2]           /* r2 ← *r2 */
    add r0, r1, r2         /* r0 ← r1 + r2 */
    bx lr

现提出以下技术问题：

1. 这两种加载地址的方法有何区别？
2. 哪种方法是更优的选择？
3. 如何修改代码以自定义指定内存地址进行数据读写？

问题解答 #

1. 两种加载地址方法的区别

• 手动定义地址标签的方式：
  需要手动在代码段末尾用.word指令存储变量的地址（比如addr_of_myvar1 : .word myvar1），再通过ldr r1, addr_of_myvar1从该内存位置读取地址值到寄存器。这是纯硬件指令的间接加载，需要额外内存存储地址常量，执行时会触发一次内存访问读取地址。

• ldr =伪指令的方式：
  这是GNU汇编器提供的语法糖，汇编器会自动处理地址加载逻辑：

  • 如果目标地址符合ARMmov指令的立即数规则（8位数值循环右移偶数位），会自动替换成mov r1, #myvar1，直接用寄存器操作完成，无需内存访问；
  • 如果地址超出立即数范围，汇编器会在代码段附近自动生成隐藏的常量池（类似第一种方法的地址标签），再用ldr指令加载地址。
    这种写法无需手动维护地址标签，底层细节由汇编器自动处理。

2. 更优的选择

优先选择第二种ldr =的写法，原因如下：

• 代码更简洁，减少冗余的地址标签定义，降低手动出错概率；
• 汇编器会自动优化指令：能用mov就不用ldr，减少不必要的内存访问，提升执行效率；
• 适配性更强，不管目标地址是否在立即数范围内，都能正确生成指令，无需开发者手动判断。
  仅在需要手动控制常量池位置、或有特殊内存布局需求时，才需要使用第一种手动定义地址的方式。

3. 自定义指定内存地址进行数据读写

直接将目标内存地址作为立即数加载到寄存器，再用ldr（读）或str（写）指令操作即可。示例代码如下（以树莓派GPIO基地址0x3F200000为例）：

.text
.balign 4
.global main
main:
    @ 加载自定义内存地址到r0
    ldr r0, =0x3F200000
    @ 读取该地址的4字节数据到r1
    ldr r1, [r0]
    @ 准备要写入的数据（比如0x12345678）
    mov r2, #0x12345678
    @ 将r2的数据写入到目标地址
    str r2, [r0]
    @ 返回
    bx lr

注意：如果目标地址符合ARM立即数规则，可直接用mov r0, #0x3F200000替换ldr r0, =0x3F200000，执行效率更高；若地址不符合规则，用ldr =方式即可，汇编器会自动处理常量池生成。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Issaki