嵌入式C和汇编混合编程规则——ATPCS规则

基本ATPCS

基本ATPCS规定了在子程序调用时的一些基本规则,包括以下三个方面的内容:

1 各寄存器的使用规则及其相应的名字;

2 数据栈的使用规则;

3 参数传递的规则.

一：

寄存器的使用规则:

1. 子程序通过寄存器R0-R3来传递参数. 这时寄存器可以记作: A1-A4 , 被调用的子程序在返回前无需恢复寄存器R0-R3的内容.

2. 在子程序中,使用R4-R11来保存局部变量,这时寄存器R4-R11可以记作: V1-V8 .如果在子程序中使用到V1-V8的某些寄存器,子程序进入时必须保存这些寄存器的值,在返回前必须恢复这些寄存器的值,对于子程序中没有用到的寄存器则不必执行这些操作.在THUMB程序中，通常只能使用寄存器R4-R7来保存局部变量.

3.寄存器R12用作子程序间scratch寄存器,记作ip; 在子程序的连接代码段中经常会有这种使用规则.

4. 寄存器R13用作数据栈指针,记做SP,在子程序中寄存器R13不能用做其他用途. 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.

5. 寄存器R14用作连接寄存器,记作lr ; 它用于保存子程序的返回地址,如果在子程序中保存了返回地址,则R14可用作其它的用途.

6. 寄存器R15是程序计数器,记作PC ; 它不能用作其他用途.

7. ATPCS中的各寄存器在ARM编译器和汇编器中都是预定义的.

二 ：

数据栈的使用规则

栈指针通常可以指向不同的位置.当栈指针指向栈顶元素(即最后一个入栈的数据元素)时,称为FULL栈.当栈指针指向与栈顶元素相邻的一个元素时,称为Empty栈. 数据栈的增长方向也可以不同. 当数据栈向内存减小的地址方向增长时,称为Descending栈; 当数据栈向着内存地址增加的方向增长时,称为Ascending栈. 综合这两种特点可以由以下4种数据栈: FD ED FA EA . ATPCS规定数据栈为FD类型,并对数据栈的操作是8字节对齐的,下面是一个数据栈的示例及相关的名词.

1.数据栈栈指针.stack pointer 指向最后一个写入栈的数据的内存地址.

2.数据栈的基地址.stack base 是指数据栈的最高地址.由于ATPCS中的数据栈是FD类型的,实际上数据栈中最早入栈数据占据的内存单元是基地址的下一个内存单元.

3.数据栈界限.stack limit 是指数据栈中可以使用的最低的内存单元地址.

4.已占用的数据栈.used stack 是指数据栈的基地址和数据栈栈指针之间的区域.其中包括数据栈栈指针对应的内存单元.

5.数据栈中的数据帧(stack frames) 是指在数据栈中,为子程序分配的用来保存寄存器和局部变量的区域.

异常中断的处理程序可以使用被中断程序的数据栈,这时用户要保证中断的程序数据栈足够大. 使用ADS编译器产生的目标代码中包含了DRFAT2格式的数据帧.在调试过程中，调试器可以使用这些数据帧来查看数据栈中的相关信息.而对于汇编语言来说，用户必须使用FRAME伪操作来描述数据栈中的数据帧.ARM汇编器根据这些伪操作在目标文件中产生相应的DRFAT2格式的数据帧.

在ARMv5TE中,批量传送指令LDRD/STRD要求数据栈是8字节对齐的,以提高数据的传送速度.用ADS编译器产生的目标文件中,外部接口的数据栈都是8字节对齐的,并且编译器将告诉连接器: 本目标文件中的数据栈是8字节对齐的. 而对于汇编程序来说,如果目标文件中包含了外部调用,则必须满足以下条件: 外部接口的数据栈一定是8位对齐的，也就是要保证在进入该汇编代码后,直到该汇编程序调用外部代码之间,数据栈的栈指针变化为偶数个字; 在汇编程序中使用PRESERVE8伪操作告诉连接器,本汇编程序是8字节对齐的.

三 :

参数的传递规则.

根据参数个数是否固定,可以将子程序分为参数个数固定的子程序和参数个数可变的子程序.这两种子程序的参数传递规则是不同的.

1.参数个数可变的子程序参数传递规则

对于参数个数可变的子程序,当参数不超过4个时,可以使用寄存器R0-R3来进行参数传递,当参数超过4个时,还可以使用数据栈来传递参数. 在参数传递时,将所有参数看做是存放在连续的内存单元中的字数据。然后,依次将各名字数据传送到寄存器R0,R1,R2,R3; 如果参数多于4个,将剩余的字数据传送到数据栈中,入栈的顺序与参数顺序相反,即最后一个字数据先入栈. 按照上面的规则,一个浮点数参数可以通过寄存器传递,也可以通过数据栈传递,也可能一半通过寄存器传递，另一半通过数据栈传递.

2.参数个数固定的子程序参数传递规则

对于参数个数固定的子程序,参数传递与参数个数可变的子程序参数传递规则不同,如果系统包含浮点运算的硬件部件,浮点参数将按照下面的规则传递: 各个浮点参数按顺序处理;为每个浮点参数分配FP寄存器;分配的方法是,满足该浮点参数需要的且编号最小的一组连续的FP寄存器.第一个整数参数通过寄存器R0-R3来传递,其他参数通过数据栈传递.

子程序结果返回规则

1.结果为一个32位的整数时,可以通过寄存器R0返回.

2.结果为一个64位整数时,可以通过R0和R1返回，依此类推.

3.结果为一个浮点数时,可以通过浮点运算部件的寄存器f0,d0或者s0来返回.

4.结果为一个复合的浮点数时,可以通过寄存器f0-fN或者d0~dN来返回.

5.对于位数更多的结果,需要通过调用内存来传递.