ARM中C语言和汇编语言混合编程

    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，虽然C++已经有相应的编译器，但现在使用还比较少。
    在稍大规模的嵌入式程序设计中，大部分的代码都是用C来编写的，主要是因为C语言具有较强的结构性，便于人的理解，并且具有大量的库支持。但对于一些对硬件的操作，很多地方还是用汇编语言，如硬件系统初始化中的CPU状态设定，中断使能，主频设定，RAM控制参数等。另外在一些对性能非常敏感的代码块，基于汇编与机器码一一对应的关系，这时不能依靠C编译器生成代码，而要手工编写汇编，从而达到优化的目的。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(不涉及C++语言)。
一、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，不过与单纯的汇编程序指令的使用略有不同，存在一些限制，主要有如下几个方面：
    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把R0-R3、R12及R14用于子程序调用，因此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；
    e 让编译器进行分配内嵌汇编使用的标记是__asm或asm关键字，用法如下：__asm{instruction [; instruction]}或 asm("instruction [; instruction]")。
    下面以一个例子来说明如何在C中内嵌汇编语言:
//C语言文件*.c
#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;
}
    此例中C语言和汇编之间的值传递是用C语言的指针来实现的，因为指针对应的是地址，所以汇编中也可以访问。

二、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，但是有很多的限制。当汇编的代码较多时一般放在单独的汇编文件中，这时就需要在汇编文件和C文件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。
    下面是一个C语言和汇编语言共享全局变量的例子：
//C语言文件*.c
#include <stdio.h>
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;
}
;汇编语言文件*.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，汇编文件与C文件之间相互传递了全局变量gVar和函数asmDouble，留意声明的关键字extern和IMPORT

三、在C中调用汇编的函数
    有一些对机器要求高的敏感函数，通过C语言编写再通过C编译器翻译有时会出现误差，因此这样的函数一般采用汇编语言来编写，然后供C语言调用。在C文件中调用汇编文件中的函数，要注意两点，一是要在C文件中声明所调用的汇编函数原型，并加入extern关键字作为引入函数的声明；二是在汇编文件中将对应的汇编代码段标识用EXPORT关键字作为函数的声明，函数通过mov pc, lr指令返回。这样，就可以在C文件中使用该函数了。从C语言的角度并不知道调用的函数的实现是用C语言还是汇编语言，原来C语言的函数名起到表明函数代码起始地址的作用，而这个作用和汇编语言的代码段标识符是一致的。
    下面是一个C语言调用汇编函数例子：
//C语言文件*.c
#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;
}
;汇编语言文件*.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
    此例中，C语言和汇编语言之间的参数传递是通过对应的用R0-R3来进行传递，即R0传递第一个参数，R1传递第二个参数，多于4个时借助栈完成，函数的返回值通过R0来传递。这个规定叫作ATPCS（ARM Thumb Procedure Call Standard），具体见ATPCS规范。

四、在汇编中调用C的函数
    在汇编语言中调用C语言的函数，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。
    下面是一个汇编语言调用C语言函数例子：
//C语言文件*.c
int cFun(int a, int b, int c){
      return a+b+c;
}
;汇编语言文件*.S
      AREA asmfile, CODE, READONLY
      EXPORT cFun
start
      mov r0, #0x1
      mov r1, #0x2
      mov r2, #0x3
      bl cFun
      nop
      nop
      b start
      END
    在汇编语言中调用C语言的函数，参数的传递也是按照ATPCS规范来实现的。
    在这里简单介绍一下部分ATPCS规范：
    子程序间通过寄存器R0～R3来传递参数。
    A.在子程序中，使用寄存器R4～R11来保存局部变量。
    B.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。
    C.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。 
    D.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。
    E.寄存器R15是程序计数器，记作PC
    F.参数不超过4个时，可以使用寄存器R0～R3来传递参数，当参数超过4个时，还可以使用数据栈来传递参数。
    G.结果为一个32位整数时，可以通过寄存器R0返回
    H.结果为一个64位整数时，可以通过寄存器R0和R1返回，依次类推。
    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。