ARM中C和汇编混合编程

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，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 */ PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com 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。 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. 1．杜春雷，ARM 体系结构与编程，清华大学出版社，2003 2. 2． UC/OS-II for ARM 移植的相关启动代码