ARM中C和匯編混合編程及示例

參數(shù)的傳遞規(guī)則.

根據(jù)參數(shù)個(gè)數(shù)是否固定,可以將子程序分為參數(shù)個(gè)數(shù)固定的子程序和參數(shù)個(gè)數(shù)可變的子程序.這兩種子程序的參數(shù)傳遞規(guī)則是不同的.

1.參數(shù)個(gè)數(shù)可變的子程序參數(shù)傳遞規(guī)則

對于參數(shù)個(gè)數(shù)可變的子程序,當(dāng)參數(shù)不超過4個(gè)時(shí),可以使用寄存器R0~R3來進(jìn)行參數(shù)傳遞,當(dāng)參數(shù)超過4個(gè)時(shí),還可以使用數(shù)據(jù)棧來傳遞參數(shù). 在參數(shù)傳遞時(shí),將所有參數(shù)看做是存放在連續(xù)的內(nèi)存單元中的字?jǐn)?shù)據(jù)。然后,依次將各名字?jǐn)?shù)據(jù)傳送到寄存器R0,R1,R2,R3; 如果參數(shù)多于4個(gè),將剩余的字?jǐn)?shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)棧中,入棧的順序與參數(shù)順序相反,即最后一個(gè)字?jǐn)?shù)據(jù)先入棧. 按照上面的規(guī)則,一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)參數(shù)可以通過寄存器傳遞,也可以通過數(shù)據(jù)棧傳遞,也可能一半通過寄存器傳遞，另一半通過數(shù)據(jù)棧傳遞.

2.參數(shù)個(gè)數(shù)固定的子程序參數(shù)傳遞規(guī)則

對于參數(shù)個(gè)數(shù)固定的子程序,參數(shù)傳遞與參數(shù)個(gè)數(shù)可變的子程序參數(shù)傳遞規(guī)則不同,如果系統(tǒng)包含浮點(diǎn)運(yùn)算的硬件部件,浮點(diǎn)參數(shù)將按照下面的規(guī)則傳遞: 各個(gè)浮點(diǎn)參數(shù)按順序處理;為每個(gè)浮點(diǎn)參數(shù)分配FP寄存器;分配的方法是,滿足該浮點(diǎn)參數(shù)需要的且編號最小的一組連續(xù)的FP寄存器.第一個(gè)整數(shù)參數(shù)通過寄存器R0~R3來傳遞,其他參數(shù)通過數(shù)據(jù)棧傳遞.

子程序結(jié)果返回規(guī)則

1.結(jié)果為一個(gè)32位的整數(shù)時(shí),可以通過寄存器R0返回.

2.結(jié)果為一個(gè)64位整數(shù)時(shí),可以通過R0和R1返回，依此類推.

3.結(jié)果為一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)時(shí),可以通過浮點(diǎn)運(yùn)算部件的寄存器f0,d0或者s0來返回.

4.結(jié)果為一個(gè)復(fù)合的浮點(diǎn)數(shù)時(shí),可以通過寄存器f0-fN或者d0~dN來返回.

5.對于位數(shù)更多的結(jié)果,需要通過調(diào)用內(nèi)存來傳遞.

本文通過幾個(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。

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)镃語言的結(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或者匯編編程請參考相關(guān)的書籍或者手冊，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?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;
}
[!--empirenews.page--]
對應(yīng)的匯編語言文件
;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，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。
/* 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
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 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

/*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，并在對應(yīng)的AXD中軟件仿真通過。