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ARM中C和汇编混合编程及示例
  
文章编号：
081228165718
 文章分类： 单片机 ＞ ARM
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关 键 词： 混合编程
文章来源：
网络
摘 要：
1． 在C 语言中内嵌汇编。2． 在汇编中使用C定义的全局变量。3． 在C 中调用汇编的函数。4． 在汇编中调用C的函数。

        在嵌入式系统开发中，目前使用的主要编程语言是C和汇编，C++已经有相应的编译器，但是现在使用还是比较少的。在稍大规模的嵌入式软件中，例如含有OS，大部分的代码都是用C 编写的，主要是因为C 语言的结构比较好，便于人的理解，而且有大量的支持库。尽管如此，很多地方还是要用到汇编语言，例如开机时硬件系统的初始化，包括CPU 状态的设定，中断的使能，主频的设定，以及RAM的控制参数及初始化，一些中断处理方面也可能涉及汇编。另外一个使用汇编的地方就是一些对性能非常敏感的代码块，这是不能依靠C编译器的生成代码，而要手工编写汇编，达到优化的目的。而且，汇编语言是和CPU 的指令集紧密相连的，作为涉及底层的嵌入式系统开发，熟练对应
汇编语言的使用也是必须的。

         单纯的C 或者汇编编程请参考相关的书籍或者手册，这里主要讨论C 和汇编的混合编程，包括相互之间的函数调用。下面分四种情况来进行讨论，暂不涉及C++。

1． 在C 语言中内嵌汇编
       在C 中内嵌的汇编指令包含大部分的ARM 和Thumb 指令，不过其使用与汇编文件中的指令有些不同，存在一些限制，主要有下面几个方面：

  1.  不能直接向PC寄存器赋值，程序跳转要使用B或者BL指令
  2.  在使用物理寄存器时，不要使用过于复杂的C 表达式，避免物理寄存器冲突
  3.  R12和R13 可能被编译器用来存放中间编译结果，计算表达式值时可能将R0 到R3、R12及R14用于子程序调用，因此要避免直接使用这些物理寄存器
  4.  一般不要直接指定物理寄存器，而让编译器进行分配

内嵌汇编使用的标记是 _asm或者asm关键字，用法如下：

_asm
{
   instruction [; instruction]
   ...
   [instruction]
}
asm("instruction [; instruction]");

下面通过一个例子来说明如何在C 中内嵌汇编语言，

 
 
  1. #include <stdio.h>       
  2. void my_strcpy(const char *src, char *dest)       
  3. {       
  4.   char ch;       
  5.   _asm       
  6.   {       
  7.     loop:       
  8.     ldrb ch, [src], #1       
  9.     strb ch, [dest], #1       
  10.     cmp ch, #0       
  11.     bne loop       
  12.   }       
  13. }       
  14. int main()       
  15. {       
  16.   char *a = "forget it and move on!";       
  17.   char b[64];       
  18.   my_strcpy(a, b);       
  19.   printf("original: %s", a);       
  20.   printf("copyed: %s", b);       
  21.   return 0;       
  22. }      


在这里C 和汇编之间的值传递是用C 的指针来实现的，因为指针对应的是地址，所以汇编中也可以访问。

2． 在汇编中使用C定义的全局变量
       内嵌汇编不用单独编辑汇编语言文件，比较简洁，但是有诸多限制，当汇编的代码较多时一般放在单独的汇编文件中。这时就需要在汇编和C 之间进行一些数据的传递，最简便的办法就是使用全局变量。

 
  1. /* cfile.c  
  2. * 定义全局变量，并作为主调程序  
  3. */  
  4. #include <stdio.h>   
  5. int gVar_1 = 12;   
  6. extern asmDouble(void);   
  7. int main()   
  8. {   
  9.   printf("original value of gVar_1 is: %d", gVar_1);   
  10.   asmDouble();   
  11.   printf(" modified value of gVar_1 is: %d", gVar_1);   
  12.   return 0;   
  13. }   


对应的汇编语言文件:

 
  1. ;called by main(in C),to double an integer, a global var defined in C is used.  
  2. AREA asmfile, CODE, READONLY   
  3. EXPORT asmDouble   
  4.   
  5. IMPORT gVar_1   
  6. asmDouble   
  7. ldr r0, =gVar_1   
  8. ldr r1, [r0]   
  9. mov r2, #2  
  10. mul r3, r1, r2  
  11. str r3, [r0]   
  12. mov pc, lr   
  13. END  

3． 在C 中调用汇编的函数
       在C 中调用汇编文件中的函数，要做的主要工作有两个，一是在C 中声明函数原型，并加extern关键字；二是在汇编中用EXPORT 导出函数名，并用该函数名作为汇编代码段的标识，最后用mov pc, lr返回。然后，就可以在C 中使用该函数了。从C的角度，并不知道该函数的实现是用C还是汇编。更深的原因是因为C 的函数名起到表明函数代码起始地址的左右，这个和汇编的label是一致的。

 
  1. /* cfile.c  
  2. * in C,call an asm function, asm_strcpy  
  3. * Sep 9, 2004  
  4. */  
  5. #include <stdio.h>   
  6. extern void asm_strcpy(const char *src, char *dest);   
  7. int main()   
  8. {   
  9.   const char *s = "seasons in the sun";   
  10.   char d[32];   
  11.   asm_strcpy(s, d);   
  12.   printf("source: %s", s);   
  13.   printf(" destination: %s",d);   
  14.   return 0;   
  15. }   


 
  1. ;asm function implementation  
  2. AREA asmfile, CODE, READONLY   
  3. EXPORT asm_strcpy   
  4. asm_strcpy   
  5. loop   
  6. ldrb r4, [r0], #1 address increment after read   
  7. cmp r4, #0  
  8. beq over   
  9. strb r4, [r1], #1  
  10. b loop   
  11. over   
  12. mov pc, lr   
  13. END  


       在这里，C 和汇编之间的参数传递是通过ATPCS（ARM Thumb Procedure Call Standard）的规定来进行的。简单的说就是如果函数有不多于四个参数，对应的用R0-R3来进行传递，多于4个时借助栈，函数的返回值通过R0来返回。

4． 在汇编中调用C的函数
       在汇编中调用C的函数，需要在汇编中IMPORT 对应的C函数名，然后将C 的代码放在一个独立的C 文件中进行编译，剩下的工作由连接器来处理。

 
  1. ;the details of parameters transfer comes from ATPCS  
  2. ;if there are more than 4 args, stack will be used  
  3. EXPORT asmfile   
  4. AREA asmfile, CODE, READONLY   
  5. IMPORT cFun   
  6. ENTRY   
  7. mov r0, #11  
  8. mov r1, #22  
  9. mov r2, #33  
  10. BL cFun   
  11. END  


 
  1. /*C file, called by asmfile */  
  2. int cFun(int a, int b, int c)   
  3. {   
  4. return a + b + c;   
  5. }  



      在汇编中调用C 的函数，参数的传递也是通过ATPCS来实现的。需要指出的是当函数的参数个数大于4时，要借助stack，具体见ATPCS规范。

小结
      以上通过几个简单的例子演示了嵌入式开发中常用的C 和汇编混合编程的一些方法和基本的思路，其实最核心的问题就是如何在C 和汇编之间传值，剩下的问题就是各自用自己的方式来进行处理。以上只是抛砖引玉，更详细和复杂的使用方法要结合实际应用并参考相关的资料。

说明
以上代码在ADS 1.2的工程中编译，并在对应的AXD中软件仿真通过。

参考资料
1． 杜春雷，ARM体系结构与编程，清华大学出版社，2003
2． UC/OS-II for ARM移植的相关启动代码
 
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