ARM中ADS環(huán)境下C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言混合編程及示例

　　稍大規(guī)模的嵌入式程序設(shè)計(jì)中，大部分的代碼都是用C來(lái)編寫的，主要是因?yàn)镃語(yǔ)言具有較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)性，便于人的理解，并且具有大量的庫(kù)支持。但對(duì)于一寫硬件上的操作，很多地方還是要用到匯編語(yǔ)言，例如硬件系統(tǒng)的初始化中的CPU 狀態(tài)的設(shè)定，中斷的使能，主頻的設(shè)定，RAM控制參數(shù)等。另外在一些對(duì)性能非常敏感的代碼塊，基于匯編與機(jī)器碼一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，這時(shí)不能依靠C編譯器的生成代碼，而要手工編寫匯編，從而達(dá)到優(yōu)化的目的。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。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，不涉及C++語(yǔ)言。

　　一、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)使用與單純的匯編程序使用的指令略有不同，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)可能把R0-R3、R12及R14用于子程序調(diào)用，因此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;

　　e 讓編譯器進(jìn)行分配內(nèi)嵌匯編使用的標(biāo)記是__asm或asm關(guān)鍵字，用法如下：__asm{instruction [; instruction]}或 asm(instruction

　　[; instruction])。

　　下面是一個(gè)例子來(lái)說(shuō)明如何在C中內(nèi)嵌匯編語(yǔ)言

　　C語(yǔ)言文件.c httphi.baidu.comprocatlaw

　　#include stdio.h

　　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;

　　}

　　在此例子中C語(yǔ)言和匯編之間的值傳遞是用C語(yǔ)言的指針來(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)。

　　二、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，但是有很多的限制。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

　　編文件和C文件之間進(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。

　　下面是一個(gè)C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言共享全局變量的例子：

　　C語(yǔ)言文件.c

　　#include stdio.h

　　int gVar=12;

　　extern asmDouble(void);

　　int main(){

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

　　asmDouble();

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

　　return 0;

　　}

　　;匯編語(yǔ)言文件.S httphi.baidu.comprocatlaw

　　AREA asmfile, CODE, READONLY EXPORT asmDouble

　　IMPORT gVar

　　asmDouble

　　ldr r0, =gVar

　　ldr r1, [r0]

　　mov r2, #2

　　mul r3, r1, r2

　　str r3, [r0]

　　mov pc, lr

　　END

　　在此例中，匯編文件與C文件之間相互傳遞了全局變量gVar和函數(shù)asmDouble，留意聲明的關(guān)鍵字extern和IMPORT

　　三、在C中調(diào)用匯編的函數(shù)

　　有一些對(duì)機(jī)器要求高的敏感函數(shù)，通過(guò)C語(yǔ)言編寫再通過(guò)C編譯器翻譯有時(shí)會(huì)出現(xiàn)誤差，因此這樣的函數(shù)一般采用匯編語(yǔ)言來(lái)編寫，然后供C語(yǔ)言調(diào)用。在C文件中調(diào)用匯編文件中的函數(shù)，要注意的有兩點(diǎn)，一是要在C文件中聲明所調(diào)用的匯編函數(shù)原型，并加入extern關(guān)鍵字作為引入函數(shù)的聲明;二是在匯編文件中對(duì)對(duì)應(yīng)的匯編代碼段標(biāo)識(shí)用EXPORT關(guān)鍵字作為導(dǎo)出函數(shù)的聲明，函數(shù)通過(guò)mov pc, lr指令返回。這樣，就可以在C文件中使用該函數(shù)了。從C語(yǔ)言的角度的角度，并不知道調(diào)用的函數(shù)的實(shí)現(xiàn)是用C語(yǔ)言還是匯編匯編語(yǔ)言，原因C語(yǔ)言的函數(shù)名起到表明函數(shù)

　　代碼起始地址的作用，而這個(gè)作用和匯編語(yǔ)言的代碼段標(biāo)識(shí)符是一致的。

　　下面是一個(gè)C語(yǔ)言調(diào)用匯編函數(shù)例子：

　　C語(yǔ)言文件.c httphi.baidu.comprocatlaw

　　#include stdio.h

　　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;

　　}

　　;匯編語(yǔ)言文件.S httphi.baidu.comprocatlaw

　　AREA asmfile, CODE, READONLY

　　EXPORT asm_strcpy

　　asm_strcpy

　　loop

　　ldrb r4, [r0], #1

　　cmp r4, #0

　　beq over

　　strb r4, [r1], #1

　　b loop

　　over

　　mov pc, lr

　　END

　　在此例中，C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言之間的參數(shù)傳遞是通過(guò)對(duì)應(yīng)的用R0-R3來(lái)進(jìn)行傳遞，即R0傳遞第一個(gè)參數(shù)，R1傳遞第二個(gè)參數(shù)，多于4個(gè)時(shí)借助棧完成，函數(shù)的返回值通過(guò)R0來(lái)傳遞。這個(gè)規(guī)定叫作ATPCS(ARM Thumb Procedure Call Standard)，具體見(jiàn)ATPCS規(guī)范。

　　四、在匯編中調(diào)用C的函數(shù)

　　在匯編語(yǔ)言中調(diào)用C語(yǔ)言的函數(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。

　　下面是一個(gè)匯編語(yǔ)言調(diào)用C語(yǔ)言函數(shù)例子：

　　C語(yǔ)言文件.c int cFun(int a, int b, int c){ return a+b+c;}

　　;匯編語(yǔ)言文件.S AREA asmfile, CODE, READONLY

　　EXPORT cFun

　　start

　　mov r0, #0x1

　　mov r1, #0x2

　　mov r2, #0x3

　　bl cFun

　　nop

　　nop

　　b start

　　END

　　在匯編語(yǔ)言中調(diào)用C語(yǔ)言的函數(shù)，參數(shù)的傳遞也是按照ATPCS規(guī)范來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

　　在這里簡(jiǎn)單介紹一下部分ATPCS規(guī)范：子程序間通過(guò)寄存器R0～R3來(lái)傳遞參數(shù)。

　　A.在子程序中，使用寄存器R4～R11來(lái)保存局部變量。

　　B.寄存器R12用于子程序間scratch寄存器(用于保存SP，在函數(shù)返回時(shí)使用該寄存器出桟)，記作IP。

　　C.寄存器R13用于數(shù)據(jù)棧指針，記作SP。寄存器SP在進(jìn)入子程序時(shí)的值和退出子程序時(shí)的值必須相等。

　　D.寄存器R14稱為鏈接寄存器，記作LR。它用于保存子程序的返回地址。

　　E.寄存器R15是程序計(jì)數(shù)器，記作PC

　　F.參數(shù)不超過(guò)4個(gè)時(shí)，可以使用寄存器R0～R3來(lái)傳遞參數(shù)，當(dāng)參數(shù)超過(guò)4個(gè)時(shí)，還可以使用數(shù)據(jù)棧來(lái)傳遞參數(shù)。

　　G.結(jié)果為一個(gè)32位整數(shù)時(shí)，可以通過(guò)寄存器R0返回

　　H.結(jié)果為一個(gè)64位整數(shù)時(shí)，可以通過(guò)寄存器R0和R1返回，依次類推。