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ARM中C和匯編混合編程及示例ARM中C和匯編混合編程及示

作者: 時間:2016-11-09 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中,目前使用的主要編程語言是C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。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201611/317675.htm

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,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,計算表達(dá)式值時可能將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)匯編的代碼較多時一般放在單獨(dú)的匯編文件中。這時就需要在匯編和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。

#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,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,這個和匯編的label是一致的。

#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)有不多于四個參數(shù),對應(yīng)的用R0-R3來進(jìn)行傳遞,多于4個時借助棧,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

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)個數(shù)大于4時,要借助stack,具體見ATPCS規(guī)范。

小結(jié)

  以上通過幾個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。

在C和匯編混合編程的時候,存在C語言和匯編語言的變量以及函數(shù)的接口問題。
在C程序中定義的變量,編譯為.asm文件后,都被放進(jìn)了.bss區(qū),而且變量名的前面都帶了一個下劃線。在C程序中定義的函數(shù),編譯后在函數(shù)名前也帶了一個下劃線。例如:

extern int num就會變成 .bss _num, 1
extern float nums[5]就會變成.bss _nums, 5
extern void func ( )就會變成 _func,

匯編和C的相互調(diào)用可以分以下幾種情況:

(1) 匯編程序中訪問c程序中的變量和函數(shù)。
在匯編程序中,用_XX就可以訪問C中的變量XX了。訪問數(shù)組時,可以用_XX+偏移量來訪問,如_XX+3訪問了數(shù)組中的XX[3]。

在匯編程序調(diào)用C函數(shù)時,如果沒有參數(shù)傳遞,直接用_funcname 就可以了。如果有參數(shù)傳遞,則函數(shù)中最左邊的一個參數(shù)由寄存器A給出,其他的參數(shù)按順序由堆棧給出。返回值是返回到A寄存器或者由A寄存器給出的地址。同時注意,為了能夠讓匯編語言能訪問到C語言中定義的變量和函數(shù),他們必須聲明為外部變量,即加extern 前綴。

(2) c程序中訪問匯編程序中的變量

如果需要在c程序中訪問匯編程序中的變量,則匯編程序中的變量名必須以下劃線為首字符,并用global使之成為全局變量。

如果需要在c程序中調(diào)用匯編程序中的過程,則過程名必須以下劃線為首字符,并且,要根據(jù)c程序編譯時使用的模式是stack-based model還是register argument model來正確地編寫該過程,使之能正確地取得調(diào)用參數(shù)。

(3) 在線匯編

在 C程序中直接插入 asm(“***”),內(nèi)嵌匯編語句,需要注意的是這種用法要慎用,在線匯編提供了能直接讀寫硬件的能力,如讀寫中斷控制允許寄存器等,但編譯器并不檢查和分析在線匯編語言,插入在線匯編語言改變匯編環(huán)境或可能改變C變量的值可能導(dǎo)致嚴(yán)重的錯誤。

二 匯編和C接口中尋址方式的改變:

需要注意的是,在C語言中,對于局部變量的建立和訪問,是通過堆棧實(shí)現(xiàn)的,它的尋址是通過堆棧寄存器SP實(shí)現(xiàn)的。而在匯編語言中,為了使程序代碼變得更為精簡,TI在直接尋址方式中,地址的低7位直接包含在指令中,這低7位所能尋址的具體位置可由DP寄存器或SP寄存器決定。具體實(shí)現(xiàn)可通過設(shè)置ST1寄存器的CPL位實(shí)現(xiàn),CPL=0,DP尋址,CPL=1,SP尋址。在DP尋址的時候,由DP提供高9位地址,與低7位組成16位地址;在SP尋址的時候,16位地址是由SP(16位)與低7位直接相加得來。

由于在C語言的環(huán)境下,局部變量的尋址必須通過SP寄存器實(shí)現(xiàn),在混合編程的時候,為了使匯編語言不影響堆棧寄存器SP,通常的方式是在匯編環(huán)境中使用DP方式尋址,這樣可以使二者互不干擾。編程中只要注意對CPL位正確設(shè)置即可。



關(guān)鍵詞: ARMC匯編混合編

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