ARM之汇编与C混合编程

     于ARM体系来说，不同语言撰写的函数之间相互调用（mix calls）遵循的是 ATPCS（ARM-Thumb Procedure Call Standard），ATPCS主要是定义了函数呼叫时参数的传递规则以及如何从函数返回，详细内容可以查看ADS1.2 Online Books ——Developer Guide的2.1节。这篇文档要讲的是 汇编代码中对C函数调用时如何进行参数的传递以及如何从C函数正确返回。
       不同于x86的参数传递规则，ATPCS建议函数的形参不超过4个，如果形参个数少于或等于4，则形参由R0,R1,R2,R3四个寄存器进行传递；若形参个数大于4，大于4的部分必须通过堆栈进行传递。

ATPCS中个寄存器使用规则及别名

说明：

1子程序中通过r0~r3传递参数，被调用的子程序返回前无需恢复r0~r3的内容。

2子程序中使用r4~r11保存局部变量，如果子程序中使用了它们中某些寄存器，子程序进入时要保存这些寄存器的值，在返回时恢复它们。在Thumb程序中，通常只能使用r4~r7来保存局部变量。

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  
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 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  
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。

在C和汇编混合编程的时候，存在C语言和汇编语言的变量以及函数的接口问题。
在C程序中定义的变量，编译为.asm文件后，都被放进了.bss区，而且变量名的前面都带了一个下划线。在C程序中定义的函数，编译后在函数名前也带了一个下划线。例如：

extern int num就会变成 .bss _num, 1
extern float nums[5]就会变成.bss _nums, 5
extern void func ( )就会变成 _func,

一    汇编和C的相互调用可以分以下几种情况：

（1） 汇编程序中访问c程序中的变量和函数。
在汇编程序中，用_XX就可以访问C中的变量XX了。访问数组时，可以用_XX+偏移量来访问，如_XX+3访问了数组中的XX[3]。

     在汇编程序调用C函数时，如果没有参数传递，直接用_funcname 就可以了。如果有参数传递， 则函数中最左边的一个参数由寄存器A给出，其他的参数按顺序由堆栈给出。返回值是返回到A寄存器或者由A寄存器给出的地址。同时注意，为了能够让汇编语言 能访问到C语言中定义的变量和函数，他们必须声明为外部变量，即加extern 前缀。

（2） c程序中访问汇编程序中的变量

如果需要在c程序中访问汇编程序中的变量，则汇编程序中的变量名必须以下划线为首字符，并用global使之成为全局变量。

如果需要在c程序中调用汇编程序中的过程，则过程名必须以下划线为首字符，并且，要根据c程序编译时使用的模式是stack-based model还是register argument model来正确地编写该过程，使之能正确地取得调用参数。

（3） 在线汇编

在C程序中直接插入 asm(“   ***   ”)，内嵌汇编语句，需要注意的是这种用法要慎用，在线汇编提供了能直接读写硬件的能力，如读写中断控制允许寄存器等，但编译器并不检查和分析在线汇编语 言，插入在线汇编语言改变汇编环境或可能改变C变量的值可能导致严重的错误。

二 汇编和C接口中寻址方式的改变：

需要注意的是，在C语言中，对于局部变量的建立和访问，是通过堆栈实现的，它的寻址是通过堆栈寄存器SP实现的。而在汇编语言中，为了使程序代码变得更为 精简，TI在直接寻址方式中，地址的低7位直接包含在指令中，这低7位所能寻址的具体位置可由DP寄存器或SP寄存器决定。具体实现可通过设置ST1寄存 器的CPL位实现，CPL=0，DP寻址，CPL=1，SP寻址。在DP寻址的时候，由DP提供高9位地址，与低7位组成16位地址；在SP寻址的时 候，16位地址是由SP(16位)与低7位直接相加得来。

由于在C语言的环境下，局部变量的寻址必须通过SP寄存器实现，在混合编程的时候，为了使汇编语言不影响堆栈寄存器SP，通常的方式是在汇编环境中使用DP方式寻址，这样可以使二者互不干扰。编程中只要注意对CPL位正确设置即可

中断异常事件：

      ADS编译器中有一个特殊的声明_iaq，这是专门用来处理异常程序而写C语言的声明。有三个用途：

1.进入程序第一件事,将C语言及异常要用到的寄存器存入堆栈中.

2.离开的时候将保存的寄存器取出来

3.改变程序计数器PC的值为lr-4，用于中断返回

例：

irq void IsrIRQ  ()                                  对应的汇编：                           IsrIRQ

{                                                                                                           STMFD   SP!,{R0-R4,R12,LR}

...                                                                                                          ...

}                                                                                                           LDMFD   SP!,{R0-R4,R12,LR}

                                                                                                            SUBS  PC,LR,#4

若去掉关键字 irq，对应的汇编如下：

IsrIRQ

STMFD   SP!,{R4,LR}

...

 LDMFD   SP!,{R4,LR}