ARM中ADS环境下C语言和汇编语言混合编程及示例

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。但对于一写硬件上的操作，很多地方还是要用到汇编语言，例如硬件系统的初始化中的CPU 状态的设定，中断的使能，主频的设定，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编译器的生成代码，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。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，不过使用与单纯的汇编程序使用的指令略有不同，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])。

    下面是一个例子来说明如何在C中内嵌汇编语言

C语言文件.c httphi.baidu.comprocatlaw

 

#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;

}

 

    在此例子中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 httphi.baidu.comprocatlaw

       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，要注意的有两点，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；二是在汇编文件中对对应的汇编代码段标识用EXPORT关键字作为导出函数的声明，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语言的角度的角度，并不知道调用的函数的实现是用C语言还是汇编汇编语言，原因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 httphi.baidu.comprocatlaw

#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 httphi.baidu.comprocatlaw

       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

 

    在此例中，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。