基于ARM的C語言與匯編語言混合編程

ARM編程中使用的C語言是標(biāo)準(zhǔn)C語言，ARM的開發(fā)環(huán)境實際上就是嵌入了一個C語言的集成開發(fā)環(huán)境，只不過這個開發(fā)環(huán)境與ARM的硬件緊密相關(guān)。

在使用C語言時，要用到和匯編語言的混合編程。若匯編代碼較為簡潔，則可使用直接內(nèi)嵌匯編的方法；否則要將匯編程序以文件的形式加入到項目中，按照ATPCS(ARM/Thumb過程調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)，ARM/Thumb Procedure Call Standard)的規(guī)定與C程序相互調(diào)用與訪問。

在C程序和ARM匯編程序之間相互調(diào)用時必須遵守ATPCS規(guī)則。ATPCS規(guī)定了一些子程序間調(diào)用的基本規(guī)則，哪寄存器的使用規(guī)則，堆棧的使用規(guī)則和參數(shù)的傳遞規(guī)則等。

1)寄存器的使用規(guī)則

子程序之間通過寄存器r0~r3來傳遞參數(shù)，當(dāng)參數(shù)個數(shù)多于4個時，使用堆棧來傳遞參數(shù)。此時r0~r3可記作A1~A4。

在子程序中，使用寄存器r4~r11保存局部變量。因此當(dāng)進(jìn)行子程序調(diào)用時要注意對這些寄存器的保存和恢復(fù)。此時r4~r11可記作V1~V8。

寄存器r12用于保存堆棧指針SP，當(dāng)子程序返回時使用該寄存器出棧，記作IP。

寄存器r13用作堆棧指針，記作SP。寄存器r14稱為鏈接寄存器，記作LR。該寄存器用于保存子程序的返回地址。

寄存器r15稱為程序計數(shù)器，記作PC。

2)堆棧的使用規(guī)則

ATPCS規(guī)定堆棧采用滿遞減類型(FD,Full Descending)，即堆棧通過減小存儲器地址而向下增長，堆棧指針指向內(nèi)含有效數(shù)據(jù)項的最低地址。

3)參數(shù)的傳遞規(guī)則

整數(shù)參數(shù)的前4個使用r0~r3傳遞，其他參數(shù)使用堆棧傳遞；浮點參數(shù)使用編號最小且能夠滿足需要的一組連續(xù)的FP寄存器傳遞參數(shù)。

子程序的返回結(jié)果為一個32位整數(shù)時，通過r0返回；返回結(jié)果為一個64位整數(shù)時，通過r0和r1返回；依此類推。結(jié)果為浮點數(shù)時，通過浮點運算部件的寄存器F0、D0或者S0返回。

2、匯編程序調(diào)用C程序的方法

匯編程序的書寫要遵循ATPCS規(guī)則，以保證程序調(diào)用時參數(shù)正確傳遞。在匯編程序中調(diào)用C程序的方法為：首先在匯編程序中使用IMPORT偽指令事先聲明將要調(diào)用的C語言函數(shù)；然后通過BL指令來調(diào)用C函數(shù)。

例如在一個C源文件中定義了如下求和函數(shù)：

int add(int x,int y){

return(x+y);

}

調(diào)用add()函數(shù)的匯編程序結(jié)構(gòu)如下：

IMPORT add ;聲明要調(diào)用的C函數(shù)

……

MOV r0,1

MOV r1,2

BL add ;調(diào)用C函數(shù)add

……

當(dāng)進(jìn)行函數(shù)調(diào)用時，使用r0和r1實現(xiàn)參數(shù)傳遞，返回結(jié)果由r0帶回。函數(shù)調(diào)用結(jié)束后，r0的值變成3。

3、C程序調(diào)用匯編程序的方法

C程序調(diào)用匯編程序時，匯編程序的書寫也要遵循ATPCS規(guī)則，以保證程序調(diào)用時參數(shù)正確傳遞。在C程序中調(diào)用匯編子程序的方法為：首先在匯編程序中使用EXPORT偽指令聲明被調(diào)用的子程序，表示該子程序?qū)⒃谄渌募斜徽{(diào)用；然后在C程序中使用extern關(guān)鍵字聲明要調(diào)用的匯編子程序為外部函數(shù)。

例如在一個匯編源文件中定義了如下求和函數(shù)：

EXPORT add ;聲明add子程序?qū)⒈煌獠亢瘮?shù)調(diào)用

……

add ;求和子程序add

ADD r0,r0,r1

MOV pc,lr

……

在一個C程序的main()函數(shù)中對add匯編子程序進(jìn)行了調(diào)用：

extern int add (int x,int y); //聲明add為外部函數(shù)

void main(){

int a=1,b=2,c;

c=add(a,b); //調(diào)用add子程序

……

}

當(dāng)main()函數(shù)調(diào)用add匯編子程序時，變量a、b的值會給了r0和r1，返回結(jié)果由r0帶回，并賦值給變量c。函數(shù)調(diào)用結(jié)束后，變量c的值變成3。

4、C程序中內(nèi)嵌匯編語句

在C語言中內(nèi)嵌匯編語句可以實現(xiàn)一些高級語言不能實現(xiàn)或者不容易實現(xiàn)的功能。對于時間緊迫的功能也可以通過在C語言中內(nèi)嵌匯編語句來實現(xiàn)。內(nèi)嵌的匯編器支持大部分ARM指令和Thumb指令，但是不支持諸如直接修改PC實現(xiàn)跳轉(zhuǎn)的底層功能，也不能直接引用C語言中的變量。

嵌入式匯編語句在形式上獨立定義的函數(shù)體，其語法格式為：

__asm

{

指令[;指令]

……

[指令]

}

其中“__asm”為內(nèi)嵌匯編語句的關(guān)鍵字，需要特別注意的是前面有兩個下劃線。指令之間用分號分隔，如果一條指令占據(jù)多行，除最后一行外都要使用連字符“/”。

5、基于ARM的C語言與匯編語言混合編程舉例

下面給出了一個向串口不斷發(fā)送0x55的例子：

該工程的啟動代碼使用匯編語言編寫，向串口發(fā)送數(shù)據(jù)使用C語言實現(xiàn)，下面是啟動代碼的整體框架：

……

IMPORT Main

AREA Init,CODE,READONLY;

ENTRY

……

BL Main ;跳轉(zhuǎn)到Main()函數(shù)處的C/C++程序

……

END ;標(biāo)識匯編程序結(jié)束

下面是使用C語言編寫的主函數(shù)：

#include "../inc/config.h" //將有關(guān)硬件定義的頭文件包含進(jìn)來

unsigned char data; //定義全局變量

void main(void){

Target_Init(); //對目標(biāo)板的硬件初始化

Delay(10); //延時

data=0x55; //給全局變量賦值

while(1) {

Uart_Printf("%x",data); //向串口送數(shù)

Delay(10);

}

}