S3C2440-裸机篇-04 | ARM-THUMB子程序调用规则ATPCS

在GPIO的实验中，我们首先编写汇编程序操作寄存器点亮LED，奈何汇编语言可读性和可移植性太差，所以编写启动代码，设置栈顶指针SP，然后调用C语言中的main函数，转入C语言的世界，由C语言访问控制寄存器，点亮LED，程序的可读性和可移植性大大提高，那么，我们可曾想过，在汇编语言中是如何来调用C语言入口函数main呢？

其实，对于ARM处理器，在ARM指令集汇编程序和THUMB指令集汇编程序中制定了子程序调用的规则 —— ATPCS规则，这个规则包括：

• 寄存器使用规则

• 数据栈使用规则

• 参数传递规则

1.寄存器使用规则

ARM处理器中有R0-R15这16个寄存器，每个寄存器都由ATPCS规则规定了用途，并根据其用途规定了别名，如下表所示：

总结如下：

• 子程序间通过寄存器R0-R3传递参数和返回结果；

• 子程序中通过寄存器R4-R11保存局部变量；

• 寄存器R12用作子程序间scratch寄存器；

• 寄存器R13用作数据栈指针，指向栈顶；

• 寄存器R14用作链接寄存器，保存子程序的返回地址；

• 寄存器R15用作程序计数器；

2. 数据栈使用规则

ATPCS规定数据栈为FD类型（Full Descending，满递减），即栈指针指向栈顶元素，并且向内存地址减小的方向增长，操作的时候对数据栈的操作是8字节对齐的，使用stmdb/ldmia批量内存访问指令来操作FD数据栈。

FD类型的数据栈具体是这样操作的：

• 保存内容时先递减SP指针，再保存数据；

• 恢复数据时先获得数据，再递增SP指针；

3.参数传递规则

• 函数调用传递参数时，如果不超过4个，使用R0-R3依次传递，如果超过4个，剩余的参数通过数据栈传递；

• 函数返回传递结果时，使用R0-R3依次传递；

实验 —— 汇编调用函数时传递参数实验

1. 实验目的

在汇编语言中调用函数并且传递参数。

2. 实验内容

main函数定义参数，如果传入参数是1，点亮第一个LED，如果传入参数是2，点亮第二个LED。

3. 实验代码

3.1.启动代码

@ brief: S3C2440启动文件

@ author: mculover666

.text

.global _start

_start:

@ 关闭看门狗

LDR R0,=0x53000000

MOV R1,#0

STR R1,[R0]

@ 设置栈顶指针SP（从Nand启动）

LDR SP,=4096

@ 传递参数1调用led_on，点亮第一个LED

LDR R0,=1

BL led_on

@ 传递参数100000，调用delay,延时

LDR R0,=100000

BL delay

@ 传递参数2调用led_on，点亮第二个LED

LDR R0,=2

BL led_on

@ 程序暂停

halt:

B halt

3.2.C代码

void delay(volatile int xms)

{

while(xms--);

}

int led_on(int led)

{

if(led == 1)

{

/* 设置GPFCON寄存器，配置GPF4引脚为输出模式 */

*(unsigned int *)0x56000050 &= ~(3<<(2*4));

*(unsigned int *)0x56000050 |= 1<<(2*4);

/* 设置GPFDAT寄存器，GPF4输出低电平，点亮LED */

*(unsigned int *)0x56000054 &= ~(1<<4);

}

else if(led == 2)

{

/* 设置GPFCON寄存器，配置GPF4引脚为输出模式 */

*(unsigned int *)0x56000050 &= ~(3<<(2*5));

*(unsigned int *)0x56000050 |= 1<<(2*5);

/* 设置GPFDAT寄存器，GPF4输出低电平，点亮LED */

*(unsigned int *)0x56000054 &= ~(1<<5);

}

return 0;

}

3.3.编译

TARGET = led_blink

CFLAGS = -Wall #输出所有warning

$(TARGET).bin:$(TARGET).elf

arm-linux-objcopy -O binary -S $(TARGET).elf $(TARGET).bin

#注意：启动文件必须第一个链接

$(TARGET).elf:start.o $(TARGET).o

arm-linux-ld -Ttext 0 start.o $(TARGET).o -o $(TARGET).elf

$(TARGET).o:$(TARGET).c

arm-linux-gcc -c $(TARGET).c $(CFLAGS) -o $(TARGET).o

start.o:start.s

arm-linux-gcc -c start.s $(CFLAGS) -o start.o

clean:

rm -rf *.o *.elf *.bin

download_to_nand:

#下载到nand flash

oflash 0 1 0 0 0 $(TARGET).bin

4.下载运行

程序开始运行，第一个LED点亮：

延时1s左右，第二个LED也被点亮：

5.实验总结

通过本实验掌握了ATPCS规则在实际开发中的使用，在调用main函数时使用R0寄存器传递参数，总结如下：

• ARM处理器中子程序调用规则由ATPCS制定，包括寄存器使用规则，数据栈使用规则，参数传递规则；

• R0-R3可以传递参数/结果，R4-R11可以保存局部变量，R13是数据栈指针SP，R14保存子程序返回地址；

• ATPCS中数据栈是FD类型，即满递减类型；

• ATPCS中参数传递使用R0-R3依次传递，如果大于4个参数，剩余的使用数据栈传递。