arm中ads實(shí)現(xiàn)c和匯編混合編譯的方法

在稍大規(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(xiě)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(xiě)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(xiě)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。
單純的C或者匯編編程請(qǐng)參考相關(guān)的書(shū)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(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

#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
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
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(xiě)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(xiě)，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
#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;
}

;匯編語(yǔ)言文件*.S
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
IMPORT 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(chēng)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(lèi)推。

以上通過(guò)幾個(gè)簡(jiǎn)單的例子演示了嵌入式開(kāi)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(wèn)題就是如何在C 和匯編之間傳值，剩下的問(wèn)題就是各自用自己的方式來(lái)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。