如何解读Keil生成的汇编列表文件？

Keil MDK-ARM生成的汇编列表文件（.lst）是C代码与ARM汇编指令的“桥梁”，能直观展示代码编译后的底层实现、指令地址、内存占用等核心信息，是代码优化、问题定位、效率分析的关键工具。本文从列表文件结构、核心板块解读、实战案例三个维度，手把手教你读懂汇编列表文件，零基础也能快速上手。

一、先明确：汇编列表文件的生成前提

解读前需确保正确生成列表文件，步骤如下（快速回顾）：

  1. 打开Keil工程，点击「Options for Target」（魔法棒图标）；
  2. 切换到「Listing」选项卡，勾选「Assembly Listing」；
  3. 勾选「C Compiler Listing」下的「Source」（显示C代码）、「Assembly」（显示汇编指令）、可选「Machine Code」（显示机器码）；
  4. 编译工程（Build/Rebuild），在指定「Output Path」下生成.lst文件（如main.lst）。

二、汇编列表文件的核心结构

以STM32F103工程的main.lst为例，文件整体分为4个核心板块，按顺序解读：

板块1：文件头与编译信息（基础上下文）

# - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
# Keil ARM Compiler V5.06 update 7 (build 960)
# Command line: --cpu Cortex-M3.fp -D__UVISION_VERSION="536" -I./Inc -O0 -DUSE_STDPERIPH_DRIVER -c -o main.o main.c
# Input file: main.c
# Output file: main.o
# - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

解读要点：

  • 编译器版本、编译指令（如--cpu Cortex-M3.fp指定内核、-O0无优化）；
  • 输入/输出文件路径（确认列表文件对应正确的C文件）；
  • 编译宏定义（如USE_STDPERIPH_DRIVER），辅助理解代码编译条件。

板块2：C代码与汇编指令的逐行对应（核心）

这是列表文件最关键的部分，C代码行与汇编指令一一映射，示例如下：

; *** main.c ***
 1  #include "stm32f10x.h"
 2  
 3  void delay_ms(uint32_t ms)
 4  {
 5      uint32_t i,j;
 6      for(i=0; i<ms; i++)
 7          for(j=0; j<7200; j++);
 8  }
 9  
10  int main(void)
11  {
12      GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
13      RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
14      
15      GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
16      GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
17      GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
18      GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
19      
20      while(1)
21      {
22          GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);
23          delay_ms(1000);
24          GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);
25          delay_ms(1000);
26      }
27  }

; 编译后的汇编指令（delay_ms函数）
delay_ms:
0x08000080  B580      PUSH     {r7,lr}        ; 保存r7、lr寄存器（函数调用栈）
0x08000082  B081      SUB      sp,sp,#0x04    ; 栈指针减4，分配局部变量空间
0x08000084  AF00      ADD      r7,sp,#0x00    ; r7指向栈帧起始地址
0x08000086  6078      STR      r0,[r7,#0x00]  ; 将ms参数（r0）存入栈（i的地址）
0x08000088  2000      MOVS     r0,#0x00       ; r0=0（i的初始值）
0x0800008A  6038      STR      r0,[r7,#0x04]  ; 将i=0存入栈
L0001:
0x0800008C  687B      LDR      r3,[r7,#0x00]  ; 读取ms值到r3
0x0800008E  683A      LDR      r2,[r7,#0x04]  ; 读取i值到r2
0x08000090  429A      CMP      r2,r3          ; 比较i和ms（i<ms？）
0x08000092  D20A      BCC      L0002          ; 若i<ms，跳转到L0002
0x08000094  3704      SUBS     r7,#0x04       ; 恢复r7
0x08000096  46BD      MOV      sp,r7          ; 恢复栈指针
0x08000098  BD80      POP      {r7,pc}        ; 恢复r7，返回（pc=lr）
L0002:
0x0800009A  2000      MOVS     r0,#0x00       ; r0=0（j的初始值）
0x0800009C  60F8      STR      r0,[r7,#0x08]  ; 将j=0存入栈
L0003:
0x0800009E  68FA      LDR      r2,[r7,#0x08]  ; 读取j值到r2
0x080000A0  F44F7200  MOV.W    r2,#0x1C20     ; r2=7200（十进制）
0x080000A4  429A      CMP      r2,r3          ; 比较j和7200（j<7200？）
0x080000A6  D206      BCC      L0004          ; 若j<7200，跳转到L0004
0x080000A8  683B      LDR      r3,[r7,#0x04]  ; 读取i值到r3
0x080000AA  3301      ADDS     r3,#0x01       ; i=i+1
0x080000AC  603B      STR      r3,[r7,#0x04]  ; 保存i到栈
0x080000AE  E7F6      B        L0001          ; 跳回L0001，继续外层循环
L0004:
0x080000B0  68FB      LDR      r3,[r7,#0x08]  ; 读取j值到r3
0x080000B2  3301      ADDS     r3,#0x01       ; j=j+1
0x080000B4  60FB      STR      r3,[r7,#0x08]  ; 保存j到栈
0x080000B6  E7F8      B        L0003          ; 跳回L0003，继续内层循环

; main函数汇编片段（GPIO初始化）
main:
0x08000100  B580      PUSH     {r7,lr}
0x08000102  B082      SUB      sp,sp,#0x08
0x08000104  AF00      ADD      r7,sp,#0x00
0x08000106  2104      MOVS     r1,#0x04       ; RCC_APB2Periph_GPIOA=0x04
0x08000108  2001      MOVS     r0,#0x01       ; ENABLE=1
0x0800010A  F7FFFFFE  BL.W     RCC_APB2PeriphClockCmd ; 调用时钟使能函数
...
0x08000120  F7FFFFFE  BL.W     GPIO_Init      ; 调用GPIO_Init函数
...
0x08000130  F7FFFFFE  BL.W     delay_ms       ; 调用delay_ms(1000)

核心列解读：

列名 示例值 含义
地址列 0x08000080 指令在Flash中的存储地址（STM32F103默认Flash起始地址0x08000000）
机器码列 B580 指令对应的16进制机器码（可用于反汇编/烧录验证）
汇编指令列 PUSH ARM汇编指令（对应C代码的底层操作）
注释列（;后） 保存r7、lr寄存器 指令的功能解释（Keil自动生成，或手动添加）

关键汇编指令速查（Cortex-M3）：

  • PUSH/POP：入栈/出栈（函数调用时保存/恢复寄存器）；
  • STR/LDR：将数据存入内存/从内存读取数据（操作局部变量/参数）；
  • MOVS/CMP：赋值/比较（实现C语言的赋值、条件判断）；
  • B/BL：无条件跳转/带返回跳转（实现循环、函数调用）；
  • SUB/ADD：栈指针操作（分配/释放局部变量空间）。

板块3：符号与地址映射（辅助定位）

列表文件末尾会标注函数、变量的符号地址，示例：

Symbols in module:
    delay_ms                          0x08000080   Function  0x00000036
    main                              0x08000100   Function  0x00000050
    i                                 0x20000000   Local     0x00000004
    j                                 0x20000004   Local     0x00000004

解读：

  • Function：函数符号，值为函数起始地址，Size为函数占用Flash大小；
  • Local：局部变量，值为变量在SRAM中的地址，Size为变量占用字节数；
  • 可快速定位函数/变量的内存位置，辅助调试。

板块4：编译统计信息（资源分析）

Compilation statistics:
    Code size:        0x00000086 (134) bytes
    RO Data size:     0x00000000 (0) bytes
    RW Data size:     0x00000004 (4) bytes
    ZI Data size:     0x00000008 (8) bytes

解读：

  • Code size：该C文件编译后的代码占用Flash大小；
  • RO Data：只读常量占用Flash大小；
  • RW Data：初始化全局变量占用SRAM大小；
  • ZI Data：未初始化全局变量占用SRAM大小；
  • 用于评估单个文件的内存占用，辅助资源优化。

三、实战：汇编列表文件的典型解读场景

场景1：分析函数执行效率（优化延时函数）

从delay_ms的汇编列表可发现：

  1. 双层空循环的汇编指令多达20+条，每次循环需多次内存读写（STR/LDR），效率低；
  2. 循环次数7200是“经验值”，无精准的时钟周期匹配；
  3. 优化方向：改用定时器延时（减少指令数），或用寄存器操作替代内存读写。

优化对比：

  • 原始delay_ms：占用Flash 0x36字节，循环依赖内存读写；
  • 定时器延时函数：仅需配置定时器寄存器（10+条指令），占用Flash仅0x10字节，且延时精准。

场景2：定位代码执行异常（函数调用栈错误）

若程序运行时死机，查看汇编列表中函数的栈操作：

  • 检查PUSH/POP寄存器数量是否匹配（如PUSH {r7,lr}需对应POP {r7,pc}）；
  • 检查栈指针（SP）操作是否合理（如SUB sp,sp,#0x04分配空间后，是否有ADD sp,sp,#0x04恢复）；
  • 示例错误：函数返回时未恢复SP，导致栈溢出，可从汇编列表中直接定位。

场景3：验证编译器优化效果

编译时调整优化等级（如-O1/-O2），对比汇编列表：

  • -O0（无优化）：汇编指令与C代码逐行对应，冗余指令多（便于调试）；
  • -O2（高优化）：编译器会合并指令、删除冗余操作（如空循环可能被优化掉）；
  • 示例：delay_ms的空循环在-O2下会被编译为一条NOP指令，导致延时失效，需在变量前加volatile（volatile uint32_t i,j;），从汇编列表可验证volatile是否生效。

场景4：定位变量内存分配问题

查看局部变量的栈分配：

  • 示例中i和j是局部变量，通过SUB sp,sp,#0x04分配栈空间，地址为[r7,#0x00]/[r7,#0x04]；
  • 若局部变量过多（如数组），栈空间不足会导致溢出，从汇编列表的SP操作可计算栈占用大小，提前规避。

四、解读技巧与避坑指南

1. 关键技巧

  • 关联C代码行号：列表文件中C代码行号与汇编指令一一对应，重点关注循环、函数调用、条件判断的汇编实现；
  • 熟悉ARM Cortex-M指令集：重点掌握PUSH/POP（栈操作）、STR/LDR（内存操作）、BL（函数调用）、BCC/BEQ（条件跳转）；
  • 结合链接列表文件（.m51）：汇编列表看单个文件的指令，链接列表看全局内存分布，两者结合更全面；
  • 调试时对比反汇编窗口：Keil调试模式下打开「Disassembly Window」，可将列表文件的汇编指令与实时执行的指令对比，定位执行异常。

2. 常见坑点

  • 优化等级导致汇编指令差异：不同优化等级（-O0/-O1/-O2）的汇编指令差异极大，解读前确认编译优化等级；
  • 宏展开未显示：若C代码包含大量宏，需在Listing配置中勾选-ap（显示宏展开），否则汇编指令与宏定义无法对应；
  • 机器码与指令不匹配：部分指令（如32位MOV.W）会占用2个16进制机器码，需注意地址递增步长（如0x080000A0到0x080000A4，步长4）；
  • 局部变量地址偏移：r7是栈帧指针，局部变量地址为[r7,#偏移量]，偏移量需结合栈分配指令（SUB sp,sp,#0x04）计算。
posted @ 2025-12-15 20:46  哈希技术  阅读(1)  评论(0)    收藏  举报