ARM中C和匯編混合編程及示例ARM中C和匯編混合編程及示

盡管如此，很多地方還是要用到匯編語(yǔ)言，例如開(kāi)機(jī)時(shí)硬件系統(tǒng)的初始化，包括CPU狀態(tài)的設(shè)定，中斷的使能，主頻的設(shè)定，以及RAM的控制參數(shù)及初始化，一些中斷處理方面也可能涉及匯編。另外一個(gè)使用匯編的地方就是一些對(duì)性能非常敏感的代碼塊，這是不能依靠C編譯器的生成代碼，而要手工編寫(xiě)匯編，達(dá)到優(yōu)化的目的。而且，匯編語(yǔ)言是和CPU的指令集緊密相連的，作為涉及底層的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，熟練對(duì)應(yīng)匯編語(yǔ)言的使用也是必須的。

單純的C或者匯編編程請(qǐng)參考相關(guān)的書(shū)籍或者手冊(cè)，這里主要討論C和匯編的混合編程，包括相互之間的函數(shù)調(diào)用。下面分四種情況來(lái)進(jìn)行討論，暫不涉及C++。

1． 在C語(yǔ)言中內(nèi)嵌匯編

在C中內(nèi)嵌的匯編指令包含大部分的ARM和Thumb指令，不過(guò)其使用與匯編文件中的指令有些不同，存在一些限制，主要有下面幾個(gè)方面：

a. 不能直接向PC寄存器賦值，程序跳轉(zhuǎn)要使用B或者BL指令

b. 在使用物理寄存器時(shí)，不要使用過(guò)于復(fù)雜的C表達(dá)式，避免物理寄存器沖突

c. R12和R13可能被編譯器用來(lái)存放中間編譯結(jié)果，計(jì)算表達(dá)式值時(shí)可能將R0到R3、R12及R14用于子程序調(diào)用，因此要避免直接使用這些物理寄存器

d. 一般不要直接指定物理寄存器，而讓編譯器進(jìn)行分配

內(nèi)嵌匯編使用的標(biāo)記是 __asm或者asm關(guān)鍵字，用法如下：

__asm

{

instruction [; instruction]

…

[instruction]

}

asm(“instruction [; instruction]”);

下面通過(guò)一個(gè)例子來(lái)說(shuō)明如何在C中內(nèi)嵌匯編語(yǔ)言，

#include

void my_strcpy(const char *src, char *dest)

{

char ch;

__asm

{

loop:

ldrb ch, [src], #1

strb ch, [dest], #1

cmp ch, #0

bne loop

}

}

int main()

{

char *a = "forget it and move on!";

char b[64];

my_strcpy(a, b);

printf("original: %s", a);

printf("copyed: %s", b);

return 0;

}

　　在這里C和匯編之間的值傳遞是用C的指針來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)橹羔槍?duì)應(yīng)的是地址，所以匯編中也可以訪問(wèn)。

2． 在匯編中使用C定義的全局變量

內(nèi)嵌匯編不用單獨(dú)編輯匯編語(yǔ)言文件，比較簡(jiǎn)潔，但是有諸多限制，當(dāng)匯編的代碼較多時(shí)一般放在單獨(dú)的匯編文件中。這時(shí)就需要在匯編和C之間進(jìn)行一些數(shù)據(jù)的傳遞，最簡(jiǎn)便的辦法就是使用全局變量。

#include

int gVar_1 = 12;

extern asmDouble(void);

int main()

{

printf("original value of gVar_1 is: %d", gVar_1);

asmDouble();

printf(" modified value of gVar_1 is: %d", gVar_1);

return 0;

}

對(duì)應(yīng)的匯編語(yǔ)言文件

;called by main(in C),to double an integer, a global var defined in C is used.

AREA asmfile, CODE, READONLY

EXPORT asmDouble

IMPORT gVar_1

asmDouble

ldr r0, =gVar_1

ldr r1, [r0]

mov r2, #2

mul r3, r1, r2

str r3, [r0]

mov pc, lr

END

3． 在C中調(diào)用匯編的函數(shù)

在C中調(diào)用匯編文件中的函數(shù)，要做的主要工作有兩個(gè)，一是在C中聲明函數(shù)原型，并加extern關(guān)鍵字；二是在匯編中用EXPORT導(dǎo)出函數(shù)名，并用該函數(shù)名作為匯編代碼段的標(biāo)識(shí)，最后用mov pc, lr返回。然后，就可以在C中使用該函數(shù)了。從C的角度，并不知道該函數(shù)的實(shí)現(xiàn)是用C還是匯編。更深的原因是因?yàn)镃的函數(shù)名起到表明函數(shù)代碼起始地址的左右，這個(gè)和匯編的label是一致的。

#include

extern void asm_strcpy(const char *src, char *dest);

int main()

{

const char *s = "seasons in the sun";

char d[32];

asm_strcpy(s, d);

printf("source: %s", s);

printf(" destination: %s",d);

return 0;

}

;asm function implementation

AREA asmfile, CODE, READONLY

EXPORT asm_strcpy

asm_strcpy

loop

ldrb r4, [r0], #1 ;address increment after read

cmp r4, #0

beq over

strb r4, [r1], #1

b loop

over

mov pc, lr

END

　　在這里，C和匯編之間的參數(shù)傳遞是通過(guò)ATPCS（ARM Thumb Procedure Call Standard）的規(guī)定來(lái)進(jìn)行的。簡(jiǎn)單的說(shuō)就是如果函數(shù)有不多于四個(gè)參數(shù)，對(duì)應(yīng)的用R0-R3來(lái)進(jìn)行傳遞，多于4個(gè)時(shí)借助棧，函數(shù)的返回值通過(guò)R0來(lái)返回。

4． 在匯編中調(diào)用C的函數(shù)

在匯編中調(diào)用C的函數(shù)，需要在匯編中IMPORT 對(duì)應(yīng)的C函數(shù)名，然后將C的代碼放在一個(gè)獨(dú)立的C文件中進(jìn)行編譯，剩下的工作由連接器來(lái)處理。

;the details of parameters transfer comes from ATPCS

;if there are more than 4 args, stack will be used

EXPORT asmfile

AREA asmfile, CODE, READONLY

IMPORT cFun

ENTRY

mov r0, #11

mov r1, #22

mov r2, #33

BL cFun

END

int cFun(int a, int b, int c)

{

return a + b + c;

}

　　在匯編中調(diào)用C的函數(shù)，參數(shù)的傳遞也是通過(guò)ATPCS來(lái)實(shí)現(xiàn)的。需要指出的是當(dāng)函數(shù)的參數(shù)個(gè)數(shù)大于4時(shí)，要借助stack，具體見(jiàn)ATPCS規(guī)范。

小結(jié)

　　以上通過(guò)幾個(gè)簡(jiǎn)單的例子演示了嵌入式開(kāi)發(fā)中常用的C和匯編混合編程的一些方法和基本的思路，其實(shí)最核心的問(wèn)題就是如何在C和匯編之間傳值，剩下的問(wèn)題就是各自用自己的方式來(lái)進(jìn)行處理。以上只是拋磚引玉，更詳細(xì)和復(fù)雜的使用方法要結(jié)合實(shí)際應(yīng)用并參考相關(guān)的資料。

說(shuō)明

　　以上代碼在ADS 1.2的工程中編譯，并在對(duì)應(yīng)的AXD中軟件仿真通過(guò)。

在C和匯編混合編程的時(shí)候，存在C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言的變量以及函數(shù)的接口問(wèn)題。
在C程序中定義的變量，編譯為.asm文件后，都被放進(jìn)了.bss區(qū)，而且變量名的前面都帶了一個(gè)下劃線。在C程序中定義的函數(shù)，編譯后在函數(shù)名前也帶了一個(gè)下劃線。例如：

extern int num就會(huì)變成 .bss _num, 1
extern float nums[5]就會(huì)變成.bss _nums, 5
extern void func ( )就會(huì)變成 _func,

一匯編和C的相互調(diào)用可以分以下幾種情況：

（1） 匯編程序中訪問(wèn)c程序中的變量和函數(shù)。
在匯編程序中，用_XX就可以訪問(wèn)C中的變量XX了。訪問(wèn)數(shù)組時(shí)，可以用_XX+偏移量來(lái)訪問(wèn)，如_XX+3訪問(wèn)了數(shù)組中的XX[3]。

在匯編程序調(diào)用C函數(shù)時(shí)，如果沒(méi)有參數(shù)傳遞，直接用_funcname 就可以了。如果有參數(shù)傳遞，則函數(shù)中最左邊的一個(gè)參數(shù)由寄存器A給出，其他的參數(shù)按順序由堆棧給出。返回值是返回到A寄存器或者由A寄存器給出的地址。同時(shí)注意，為了能夠讓匯編語(yǔ)言能訪問(wèn)到C語(yǔ)言中定義的變量和函數(shù)，他們必須聲明為外部變量，即加extern 前綴。

（2） c程序中訪問(wèn)匯編程序中的變量

如果需要在c程序中訪問(wèn)匯編程序中的變量，則匯編程序中的變量名必須以下劃線為首字符，并用global使之成為全局變量。

如果需要在c程序中調(diào)用匯編程序中的過(guò)程，則過(guò)程名必須以下劃線為首字符，并且，要根據(jù)c程序編譯時(shí)使用的模式是stack-based model還是register argument model來(lái)正確地編寫(xiě)該過(guò)程，使之能正確地取得調(diào)用參數(shù)。

（3） 在線匯編

在 C程序中直接插入 asm(“***”)，內(nèi)嵌匯編語(yǔ)句，需要注意的是這種用法要慎用，在線匯編提供了能直接讀寫(xiě)硬件的能力，如讀寫(xiě)中斷控制允許寄存器等，但編譯器并不檢查和分析在線匯編語(yǔ)言，插入在線匯編語(yǔ)言改變匯編環(huán)境或可能改變C變量的值可能導(dǎo)致嚴(yán)重的錯(cuò)誤。

二 匯編和C接口中尋址方式的改變：

需要注意的是，在C語(yǔ)言中，對(duì)于局部變量的建立和訪問(wèn)，是通過(guò)堆棧實(shí)現(xiàn)的，它的尋址是通過(guò)堆棧寄存器SP實(shí)現(xiàn)的。而在匯編語(yǔ)言中，為了使程序代碼變得更為精簡(jiǎn)，TI在直接尋址方式中，地址的低7位直接包含在指令中，這低7位所能尋址的具體位置可由DP寄存器或SP寄存器決定。具體實(shí)現(xiàn)可通過(guò)設(shè)置ST1寄存器的CPL位實(shí)現(xiàn)，CPL=0，DP尋址，CPL=1，SP尋址。在DP尋址的時(shí)候，由DP提供高9位地址，與低7位組成16位地址；在SP尋址的時(shí)候，16位地址是由SP(16位)與低7位直接相加得來(lái)。

由于在C語(yǔ)言的環(huán)境下，局部變量的尋址必須通過(guò)SP寄存器實(shí)現(xiàn)，在混合編程的時(shí)候，為了使匯編語(yǔ)言不影響堆棧寄存器SP，通常的方式是在匯編環(huán)境中使用DP方式尋址，這樣可以使二者互不干擾。編程中只要注意對(duì)CPL位正確設(shè)置即可。