ARM中C和匯編混合編程及示例

信盈達(dá)1

這個(gè)之前學(xué)ARM時(shí)看的,本人覺得講得不錯(cuò),大家可以參考下.

ARM中C和匯編混合編程及示例在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中，目前使用的主要編程語言是C和匯編，C++已經(jīng)有相應(yīng)的編譯器，但是現(xiàn)在使用還是比較少的。在稍大規(guī)模的嵌入式軟件中，例如含有OS，大部分的代碼都是用C編寫的，
主要是因?yàn)?C語言的結(jié)構(gòu)比較好，便于人的理解，而且有大量的支持庫。盡管如此，很多地方還是要用到匯編語言，例如開機(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，而要手工編寫匯編，達(dá)到優(yōu)化的目的。而且，匯編語言是和 CPU的指令集緊密相連的，作為涉及底層的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)，熟練對(duì)應(yīng)匯編語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。下面分四種情況來進(jìn)行討論，暫不涉及 C++。

1．在 C語言中內(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]");
下面通過一個(gè)例子來說明如何在
C中內(nèi)嵌匯編語言，

#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。
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)編輯匯編語言文件，比較簡潔，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，最簡便的辦法就是使用全局變量。
/* cfile.c
* 定義全局變量，并作為主調(diào)程序
*/
#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)的匯編語言文件

;called by main(in C),to double an integer, aglobal 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)?C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。
/* cfile.c
* in C,call an asm function, asm_strcpy
* Sep 9, 2004
*/
#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

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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 ATPCS（ARM Thumb Procedure Call Standard）的規(guī)定來進(jìn)行的。簡單的說就是如果函數(shù)有不多于四個(gè)參數(shù)，對(duì)應(yīng)的用 R0-R3來進(jìn)行傳遞，多于4個(gè)時(shí)借助棧，函數(shù)的返回值通過 R0來返回。
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處理。
;the details of parameters transfer comes fromATPCS
;if there are more than 4 args, stack will beused
EXPORT asmfile
AREA asmfile, CODE, READONLY
IMPORT cFun
ENTRY
mov r0, #11
mov r1, #22
mov r2, #33
BL cFun
END
/*C file, called by asmfile */

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 ATPCS來實(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 ATPCS規(guī)范。
小結(jié)
以上通過幾個(gè)簡單的例子演示了嵌入式開發(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)最核心的問題就是如何在 C和匯編之間傳值，剩下的問題就是各自用自己的方式來進(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。
參考資料

1．杜春雷，ARM體系結(jié)構(gòu)與編程，清華大學(xué)出版社，2003
2． UC/OS-II for ARM移植的相關(guān)啟動(dòng)代碼
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