ARM中C和汇编混合编程及示例
在嵌入式系統開發中，目前使用的主要編程語言是C和匯編，C++已經有相應的編譯器，但是現在使用還是比較少的。在稍大規模的嵌入式軟件中，例如含有OS，大部分的代碼都是用C編寫的，主要是因為C語言的結構比較好，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，例如開機時硬件系統的初始化，包括CPU狀態的設定，中斷的使能，主頻的設定，以及RAM的控制參數及初始化，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，達到優化的目的。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開發，熟練對應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調用。下面分四種情況來進行討論，暫不涉及C++。
1．?在C語言中內嵌匯編
在C中內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，不要使用過于復雜的C表達式，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果，計算表達式值時可能將R0到R3、R12及R14用于子程序調用，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，而讓編譯器進行分配
內嵌匯編使用的標記是?__asm或者asm關鍵字，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中內嵌匯編語言，
#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;
}
在這里C和匯編之間的值傳遞是用C的指針來實現的，因為指針對應的是地址，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
內嵌匯編不用單獨編輯匯編語言文件，比較簡潔，但是有諸多限制，當匯編的代碼較多時一般放在單獨的匯編文件中。這時就需要在匯編和C之間進行一些數據的傳遞，最簡便的辦法就是使用全局變量。
/*????cfile.c
?*????定義全局變量，并作為主調程序
?*/
?
#include <stdio.h>
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中調用匯編的函數
在C中調用匯編文件中的函數，要做的主要工作有兩個，一是在C中聲明函數原型，并加extern關鍵字；二是在匯編中用EXPORT導出函數名，并用該函數名作為匯編代碼段的標識，最后用mov????????pc, lr返回。然后，就可以在C中使用該函數了。從C的角度，并不知道該函數的實現是用C還是匯編。更深的原因是因為C的函數名起到表明函數代碼起始地址的左右，這個和匯編的label是一致的。
/*??cfile.c
?*??in C,call an asm function, asm_strcpy
?*???????Sep 9, 2004
?*/
?
#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;
}
?
;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和匯編之間的參數傳遞是通過ATPCS（ARM Thumb Procedure Call Standard）的規定來進行的。簡單的說就是如果函數有不多于四個參數，對應的用R0-R3來進行傳遞，多于4個時借助棧，函數的返回值通過R0來返回。
?
4．?在匯編中調用C的函數
在匯編中調用C的函數，需要在匯編中IMPORT?對應的C函數名，然后將C的代碼放在一個獨立的C文件中進行編譯，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;
}
???????在匯編中調用C的函數，參數的傳遞也是通過ATPCS來實現的。需要指出的是當函數的參數個數大于4時，要借助stack，具體見ATPCS規范。
??????
小結
以上通過幾個簡單的例子演示了嵌入式開發中常用的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行處理。以上只是拋磚引玉，更詳細和復雜的使用方法要結合實際應用并參考相關的資料。
?
說明
以上代碼在ADS 1.2的工程中編譯，并在對應的AXD中軟件仿真通過。
?
參考資料
1．??杜春雷，ARM體系結構與編程，清華大學出版社，2003
2．??UC/OS-II for ARM移植的相關啟動代碼
與50位技術專家面對面20年技術見證，附贈技術全景圖總結
以上是生活随笔為你收集整理的ARM中C和汇编混合编程及示例的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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