ARM中C和汇编混合编程及示例

来源：互联网发布：2009nba体测数据编辑：程序博客网时间：2024/05/02 04:22

　　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：

a. 不能直接向PC寄存器赋值，程序跳转要使用B或者BL指令

b. 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

c. 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

d. 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，

#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。

/* cfile.c

* 定义全局变量，并作为主调程序

#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;

}

对应的汇编语言文件

;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。

/* 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。

;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。

--------------------------------------------------------

《深入浅出》中写到：用户模式不能直接切换到其他模式，只能通过SWI进入特权模式。
  当运行在用户模式时，企图通过调用IRQ开关函数来控制中断的开关，但是没有成功。程序如下：
     void IRQ_En( void )
{
    unsigned int temp;

    __asm
    {
        MRS  temp， CPSR
        BIC  temp， temp， #0x80
        MSR  CPSR_c， temp
    }
}
  跟踪发现当执行到MSR  CPSR_c， temp时，CPSR_c的内容并不改变。书上只是说不能改变模式，并没有说不可以改变其他标志位。是不是CPSR_c是作为一个整体，在用户模式下不能被修改？
  如果在其他模式下，例如系统模式，运用上面的函数可以正常开启IRQ中断。

==》》

1、    首先，请明确：ARM处理器具有七种模式，按权限来区别，有用户模式和特权模式之分，而CPSR为七种模式共用的状态寄存器，由ARM内核来监视它与控制内部操作的。顾名思义，除了6种特权模式，在用户模式下用户程序是没有权限来修改CPSR的相关控制位，即I、F、T和模式设置位的。
2、    而一般情况下，程序是运行在用户模式下的。如果发生了软中断，即SWI中断，则将进入对应的管理模式（特权模式）。此时，才可以进行控制位的修改。
3、    此外，CPSR_c表示状态寄存器的控制位域。系统模式虽然与用户模式共用一套寄存器，但它属于特权模式，因此可以进行CPSR_c控制位的修改，进行正常开户IRQ中断。

-------------------------------------------------------

可执行映象文件的格式: *.axm、 *.bin、 *.elf、 *.hex

在C/C++程序中使用内嵌的汇编指令的语法格式：

在ARM C语言程序中，使用关键字__asm来标识一段汇编指令程序。

__asm ;2 个下划线

{

汇编语言程序

~~~~~~~~

汇编语言程序

}

其中：如果一行中有多个汇编指令，指令之间使用分号(;)分开。 在一条指令占多行，要使用续行符号(/).

在C/C++程序中内嵌汇编指令注意事项：

o 必须小心使用物理寄存器，如R0~R3、SP、LR 和CPSR 中的N，Z，C，V 标志位。因为“计算汇编代码中的C 表达式时”，可能会使用这些物理寄存器，并会修改N，Z，C，V标志位。

__asm

{

MOV R0，x

ADD y，R0，x/y //计算x/y 时R0 会被修改

}

在计算x/y 时R0 会被修改，从而影响R0+x/y 的结果.用一个C 程序的变量代替R0就可以解决这个问题:

__asm

{

MOV var，x

ADD y，var，x/y

}

内嵌汇编器探测到隐含的寄存器冲突就会报错.

o 不要使用寄存器代替变量。尽管有时寄存器明显对应某个变量，但也不能直接使用寄存器代替变量。

int bad_f(int x) //x 存放在R0 中

{

__asm

{

ADD R0，R0，#1 //发生寄存器冲突，实际上x 的值没有变化

}

return(x);

}

尽管根据编译器的编译规则似乎可以确定R0 对应x，但这样的代码会使内嵌汇编器认为发生了寄存器冲突。用其他寄存器代替R0 存放参数x，使得该函数将x 原封不动地返回。

这段代码的正确写法如下:

int bad_f(intｘ)

{

__asm

{

ADD x，x，#1

}

return(x)

}

从汇编程序中访问C程序变量

在C程序中声明的全局变量可以被汇编程序“通过地址间接访问”。具体访问方法如下：

o 使用IMPORT伪指令声明这个全局变量。

o 使用LDR指令读取该全局变量的内存地址，通常该全局变量的内存地址存放在程序的数据缓冲池中。

o 根据该数据类型，使用相应的LDR指令读取该全局变量的值；使用相应的STR指令修改该全局变量的值。

AREA globals，CODE，READONLY

EXPORT asmsub

IMPORT glovbvar；声明外部变量glovbvar

asmsub

LDR R1，=glovbvar；装载变量地址

LDR R0，[R1] ；读出数据

ADD R0，R0，#1；加1 操作

STR R0，[R1]；保存变量值

MOV PC， LR

END

C程序与汇编程序互相调用规则

寄存器的使用规则：“子程序间”通过寄存器R0～R3来传递参数。在“子程序中”，使用寄存器R4～R11来保存局部变量。

寄存器R12用于子程序间scratch寄存器(用于保存SP，在函数返回时使用该寄存器出桟），记作IP。
寄存器R13用于数据栈指针，记作SP。寄存器SP在进入子程序时的值和退出子程序时的值必须相等。
寄存器R14称为链接寄存器，记作LR。它用于保存子程序的返回地址。
寄存器R15是程序计数器，记作PC

*.axf (下载到sdram 里面调试(AXD))

ARM fromelf(转化) ----> *.bin、*.elf、*.hex、*.i32 烧写到flash里面保存。

1. 将映象文件(*.axf)下载到SDRAM内调试，工具为JTAG 板 或者仿真器.

RO BASE: 设置SDRAM内的地址，可以设置SDRAM 的首地址，或者是靠近首地址值的地址值，RO BASE的值一定要按照字对齐.

RW BASE: 也可以不设置，如果要设置，RW BASE –RO BASE >映象文件的大下最好不设置， 值一定要按照字对齐.

2. 将映象文件(*.bin *.hex) 烧写到nor flash 内

RO BASE: 设置flash 首地址(0x00000000)， 值一定要按照字对齐.

RW BASE: 一定要设置，设置的地址值在SD RAM 内， 值一定要按照字对齐.

IMAGE ENTRY POINT: 可以不设置，如果设置就和RO BASE的值.

PLACE AT BEGINNING OF IMAGE：Object/Symbol:填写映象文件中，第一个要执行的源文件的目标文件.

(异常中断的跳转函数)