ARM中C和彙編混合編程及示例（轉）

在嵌入式系統開發中，目前使用的主要編程語言是C和彙編，C++已經有相應的編譯器，可是如今使用仍是比較少的。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，主要是由於C語言的結構比較好，便於人的理解，並且有大量的支持庫。儘管如此，不少地方仍是要用到彙編語言，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彙編。另一個使用匯編的地方就是一些對性能很是敏感的代碼塊，這是不能依靠C編譯器的生成代碼，而要手工編寫彙編，達到優化的目的。並且，彙編語言是和CPU的指令集緊密相連的，做爲涉及底層的嵌入式系統開發，熟練對應彙編語言的使用也是必須的。

單純的C或者彙編編程請參考相關的書籍或者手冊，這裏主要討論C和彙編的混合編程，包括相互之間的函數調用。下面分四種狀況來進行討論，暫不涉及C++。

1． 在C語言中內嵌彙編

在C中內嵌的彙編指令包含大部分的ARM和Thumb指令，不過其使用與彙編文件中的指令有些不一樣，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，不要使用過於複雜的C表達式，避免物理寄存器衝突

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R三、R12及R14用於子程序調用，所以要避免直接使用這些物理寄存器

d.       通常不要直接指定物理寄存器，而讓編譯器進行分配

內嵌彙編使用的標記是 __asm或者asm關鍵字，用法以下：

__asm

{

       instruction [;  instruction]

       …

       [instruction]

}

 

asm(「instruction [;  instruction]」);

下面經過一個例子來講明如何在C中內嵌彙編語言，

#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;

}

在這裏C和彙編之間的值傳遞是用C的指針來實現的，由於指針對應的是地址，因此彙編中也能夠訪問。

 

2． 在彙編中使用C定義的全局變量

內嵌彙編不用單獨編輯彙編語言文件，比較簡潔，可是有諸多限制，當彙編的代碼較多時通常放在單獨的彙編文件中。這時就須要在彙編和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，並做爲主調程序

 */

 

#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;

}

 

       對應的彙編語言文件

;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，要作的主要工做有兩個，一是在C中聲明函數原型，並加extern關鍵字；二是在彙編中用EXPORT導出函數名，並用該函數名做爲彙編代碼段的標識，最後用mov        pc, lr返回。而後，就能夠在C中使用該函數了。從C的角度，並不知道該函數的實現是用C仍是彙編。更深的緣由是由於C的函數名起到代表函數代碼起始地址的左右，這個和彙編的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

       在這裏，C和彙編之間的參數傳遞是經過ATPCS（ARM Thumb Procedure Call Standard）的規定來進行的。簡單的說就是若是函數有很少於四個參數，對應的用R0-R3來進行傳遞，多於4個時藉助棧，函數的返回值經過R0來返回。

 

4． 在彙編中調用C的函數

在彙編中調用C的函數，須要在彙編中IMPORT 對應的C函數名，而後將C的代碼放在一個獨立的C文件中進行編譯，剩下的工做由鏈接器來處理。

;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;

}

       在彙編中調用C的函數，參數的傳遞也是經過ATPCS來實現的。須要指出的是當函數的參數個數大於4時，要藉助stack，具體見ATPCS規範。

      

小結

以上經過幾個簡單的例子演示了嵌入式開發中經常使用的C和彙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和彙編之間傳值，剩下的問題就是各自用本身的方式來進行處理。以上只是拋磚引玉，更詳細和複雜的使用方法要結合實際應用並參考相關的資料。

 

說明

以上代碼在ADS 1.2的工程中編譯，並在對應的AXD中軟件仿真經過。

 

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移植的相關啓動代碼

轉自：http://blog.csdn.net/rockyqiu2002/article/details/100158