DSP編程技巧之20---理解函數(shù)的調(diào)用過程

　　在我們使用C/C++對DSP進(jìn)行編程的時(shí)候，函數(shù)無疑是功能模塊劃分的重要組成部分，這些函數(shù)之間則通過顯式地調(diào)用或者中斷等方式來共同工作。除了對特定的RTS庫中的函數(shù)(例如某些數(shù)學(xué)函數(shù))的調(diào)用按照它們內(nèi)置規(guī)則進(jìn)行分配外，我們自定義的函數(shù)之間的調(diào)用則需要遵循一定的規(guī)則，了解這一過程對理解程序的執(zhí)行和調(diào)試也是十分有幫助的，下面我們就來解讀一下函數(shù)的調(diào)用過程，并且可以從其中了解到CPU寄存器、FPU寄存器以及棧(stack)在這一過程中的作用。

　　一.父函數(shù)調(diào)用子函數(shù)

　　在父函數(shù)調(diào)用子函數(shù)(被調(diào)函數(shù))時(shí)，通常會(huì)執(zhí)行以下的步驟：

　　1.如果寄存器不是SOE類型的(入口保存，save on entry)，即它的值沒有被被調(diào)用函數(shù)占用，但是在被調(diào)用函數(shù)返回值之后又會(huì)用到該寄存器的值的話，則該寄存器的值被保存在棧中。

　　2.如果被調(diào)函數(shù)返回一個(gè)結(jié)構(gòu)體，則調(diào)用函數(shù)會(huì)為結(jié)構(gòu)體分配空間，并且把這段空間的地址作為第一個(gè)參數(shù)傳遞給被調(diào)函數(shù)，被調(diào)函數(shù)需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)該結(jié)構(gòu)體的本地副本。

　　3.傳遞給被調(diào)函數(shù)的參數(shù)一般情況下會(huì)保存在寄存器中，在必要的情況下則會(huì)保存在棧中，因?yàn)榧拇嫫鞯臄?shù)量有限;具體的規(guī)則是：

　　(1)如果目標(biāo)器件是FPU，并且傳遞的有32位的浮點(diǎn)從那時(shí)，則前4個(gè)浮點(diǎn)參數(shù)被保存在R0H-R3H這4個(gè)FPU寄存器中(注意與CPU寄存器AR0H-AR3H相區(qū)別)。

　　(2)如果有64位的整形(longlong)參數(shù)，則第一個(gè)64位整形參數(shù)的高32位存入ACC寄存器中，低32位存入P寄存器中，其它的64位整形參數(shù)按照逆序(函數(shù)聲明中參數(shù)列表里最左邊的參數(shù)最后被壓入棧中)保存在棧中。

　　此外，如果P寄存器被用于參數(shù)傳遞，則對該函數(shù)的裝入(prolog)和排空(epilog)的提取的優(yōu)化功能(通過減小性能達(dá)到減小程序尺寸)被禁止。

　　(3)如果參數(shù)中有任何的32位長整形或者浮點(diǎn)型，則第一個(gè)會(huì)放入ACC寄存器中，其它的32位參數(shù)則按照逆序保存在棧中。

　　(4)指針參數(shù)被放入CPU寄存器XAR4和XAR5中，其它的指針則存入棧中。

　　(5)剩余的16位的參數(shù)在CPU寄存器AL，AH，XAR4和XAR5可用的情況下，按照這一寄存器的順序被保存在它們中。

　　4.任何沒有被存入寄存器的參數(shù)都會(huì)被以逆序壓入棧中，所有的32位參數(shù)在壓入棧中時(shí)都會(huì)對齊到偶數(shù)地址。

　　如果一個(gè)函數(shù)的參數(shù)中使用了省略號，即參數(shù)個(gè)數(shù)是可變的，則最后一個(gè)顯式聲明的參數(shù)在壓入棧中之后，它在棧中的地址可以用來定位未顯式聲明的參數(shù)。

　　5.棧指針SP必須在父函數(shù)調(diào)用子函數(shù)之前偶對齊。如果不是偶對齊，則需要把SP加1.

　　6.父函數(shù)使用LCR指令(使用返回程序指針寄存器RPC的方式來進(jìn)行22位的長調(diào)用)來調(diào)用子函數(shù)，在調(diào)用時(shí)RPC寄存器的值會(huì)被壓入棧中，從而可以把返回地址保存在RPC寄存器中。

　　7.最后，棧被對齊到函數(shù)的邊界上。

　　二.子函數(shù)響應(yīng)父函數(shù)

　　在子函數(shù)被調(diào)用時(shí)，通常會(huì)執(zhí)行以下的步驟：

　　1.如果被調(diào)函數(shù)修改了XAR1、XAR2或者XAR3的值，則必須保存它們的值，因?yàn)樵谡{(diào)用前后，父函數(shù)假設(shè)這3個(gè)寄存器的值在被返回之前是被保留的。如果目標(biāo)是FPU，并且在被調(diào)函數(shù)中修改了R4H-R8H的值，則同樣需要保存它們的值。

　　2.被調(diào)用的函數(shù)需要在棧中為所有的本地變量、臨時(shí)存儲(chǔ)區(qū)域已經(jīng)任何被調(diào)用的參數(shù)分配足夠的空間。在通過為SP寄存器加偏移量跳轉(zhuǎn)到被調(diào)函數(shù)之后，這段存儲(chǔ)空間就立刻被分配了。

　　3.棧被對齊到函數(shù)的邊界上。

　　4.如果被調(diào)用的函數(shù)參數(shù)中有結(jié)構(gòu)體，則它實(shí)際接收到的是該結(jié)構(gòu)體的指針。如果在被調(diào)函數(shù)中對該結(jié)構(gòu)體進(jìn)行了寫操作，則必須在棧中分配空間以創(chuàng)建該結(jié)構(gòu)體的副本，在完成操作之后把本地結(jié)構(gòu)體通過指針復(fù)制回原有的結(jié)構(gòu)體。如果在被調(diào)函數(shù)中不對傳入的結(jié)構(gòu)體參數(shù)進(jìn)行寫操作，則可以通過對其指針的操作來完成參數(shù)的引用。

　　5.完成參數(shù)傳入之后，被調(diào)函數(shù)執(zhí)行它本身的代碼。

　　6.功能執(zhí)行完成之后，被調(diào)函數(shù)返回值，根據(jù)返回值的類型，它們值的保存位置分別為：

　　16位整數(shù)：AL寄存器

　　32位整數(shù)：ACC寄存器

　　64位整數(shù)：ACC和P寄存器

　　16位或者22位指針：XAR4寄存器

　　FPU下的32位浮點(diǎn)數(shù)：R0H寄存器

　　結(jié)構(gòu)體：其指針保存在XAR4寄存器中

　　在返回結(jié)構(gòu)體的情況下，例如s=f(x)，其中s為結(jié)構(gòu)體，f為函數(shù)，則可以直接用f(&s,x)的方式在父函數(shù)中調(diào)用子函數(shù)f，通過結(jié)構(gòu)體指針，被調(diào)函數(shù)可以自動(dòng)返回結(jié)構(gòu)體的值了。

　　7.通過把SP中減去調(diào)用子函數(shù)時(shí)加的偏移量，SP寄存器可以重新指向父函數(shù)。

　　8.被調(diào)函數(shù)恢復(fù)所有在第一步中保存的建城七隊(duì)值。

　　9.被調(diào)函數(shù)使用LRETR(使用PC指針返回)指令返回，PC寄存器的值被置為RPC寄存器中的值，即返回地址，然后RPC寄存器中的原有值被推出棧并重新保存在RPC寄存器中。

　　通過以上的描述，可以看出棧在函數(shù)調(diào)用前后起著非常關(guān)鍵的中繼作用。所以，如果在調(diào)用時(shí)傳遞的參數(shù)非常多，例如傳遞了一個(gè)很長的數(shù)組，或者有多個(gè)64位的參數(shù)，則棧很有可能沒有足夠的空間來完成參數(shù)的暫存，造成棧的溢出，甚至造成程序運(yùn)行結(jié)果的異常或者錯(cuò)誤的輸出結(jié)果，因?yàn)榫幾g器無法檢查棧的溢出錯(cuò)誤(除非我們自己編寫某些代碼來檢測)，所以要為棧分配一個(gè)相對較大的存儲(chǔ)空間，它的默認(rèn)值是1K字。即使是非常小的程序，常用例程里棧的長度也往往能達(dá)到0x400這樣的長度。