ARM中C和匯編混合編程及示例

       在嵌入式系統開發中，目前使用的主要編程語言是C和匯編，C++已經有相應的編譯器，但是現在使用還是比較少的。在稍大規模的嵌入式軟件中，例如含有OS，大部分的代碼都是用C編寫的，主要是因為C語言的結構比較好，便于人的理解，而且有大量的支持庫。

本文引用地址：http://www.104case.com/article/80156.htm

       盡管如此，很多地方還是要用到匯編語言，例如開機時硬件系統的初始化，包括CPU狀態的設定，中斷的使能，主頻的設定，以及RAM的控制參數及初始化，一些中斷處理方面也可能涉及匯編。另外一個使用匯編的地方就是一些對性能非常敏感的代碼塊，這是不能依靠C編譯器的生成代碼，而要手工編寫匯編，達到優化的目的。而且，匯編語言是和CPU的指令集緊密相連的，作為涉及底層的嵌入式系統開發，熟練對應匯編語言的使用也是必須的。

       單純的C或者匯編編程請參考相關的書籍或者手冊，這里主要討論C和匯編的混合編程，包括相互之間的函數調用。下面分四種情況來進行討論，暫不涉及C++。

       1． 在C語言中內嵌匯編

       在C中內嵌的匯編指令包含大部分的ARM和Thumb指令，不過其使用與匯編文件中的指令有些不同，存在一些限制，主要有下面幾個方面：

       a. 不能直接向PC寄存器賦值，程序跳轉要使用B或者BL指令

       b. 在使用物理寄存器時，不要使用過于復雜的C表達式，避免物理寄存器沖突

       c. R12和R13可能被編譯器用來存放中間編譯結果，計算表達式值時可能將R0到R3、R12及R14用于子程序調用，因此要避免直接使用這些物理寄存器

       d. 一般不要直接指定物理寄存器，而讓編譯器進行分配

       內嵌匯編使用的標記是 __asm或者asm關鍵字，用法如下：

__asm

{

instruction [; instruction]

…

[instruction]

}

 

asm(“instruction [; instruction]”);

       下面通過一個例子來說明如何在C中內嵌匯編語言，

#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;

}

在這里C和匯編之間的值傳遞是用C的指針來實現的，因為指針對應的是地址，所以匯編中也可以訪問。

       2． 在匯編中使用C定義的全局變量

       內嵌匯編不用單獨編輯匯編語言文件，比較簡潔，但是有諸多限制，當匯編的代碼較多時一般放在單獨的匯編文件中。這時就需要在匯編和C之間進行一些數據的傳遞，最簡便的辦法就是使用全局變量。

/* cfile.c

* 定義全局變量，并作為主調程序

*/

 

#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;

}

       對應的匯編語言文件

;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中調用匯編的函數

       在C中調用匯編文件中的函數，要做的主要工作有兩個，一是在C中聲明函數原型，并加extern關鍵字；二是在匯編中用EXPORT導出函數名，并用該函數名作為匯編代碼段的標識，最后用mov pc, lr返回。然后，就可以在C中使用該函數了。從C的角度，并不知道該函數的實現是用C還是匯編。更深的原因是因為C的函數名起到表明函數代碼起始地址的左右，這個和匯編的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

　　在這里，C和匯編之間的參數傳遞是通過ATPCS（ARM Thumb Procedure Call Standard）的規定來進行的。簡單的說就是如果函數有不多于四個參數，對應的用R0-R3來進行傳遞，多于4個時借助棧，函數的返回值通過R0來返回。

       4． 在匯編中調用C的函數

       在匯編中調用C的函數，需要在匯編中IMPORT 對應的C函數名，然后將C的代碼放在一個獨立的C文件中進行編譯，剩下的工作由連接器來處理。

;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 */

 

int cFun(int a, int b, int c)

{

return a + b + c;

}

　　在匯編中調用C的函數，參數的傳遞也是通過ATPCS來實現的。需要指出的是當函數的參數個數大于4時，要借助stack，具體見ATPCS規范。

       小結

　　以上通過幾個簡單的例子演示了嵌入式開發中常用的C和匯編混合編程的一些方法和基本的思路，其實最核心的問題就是如何在C和匯編之間傳值，剩下的問題就是各自用自己的方式來進行處理。以上只是拋磚引玉，更詳細和復雜的使用方法要結合實際應用并參考相關的資料。

 

說明

　　以上代碼在ADS 1.2的工程中編譯，并在對應的AXD中軟件仿真通過。

 

參考資料

1． 杜春雷，ARM體系結構與編程，清華大學出版社，2003

2． UC/OS-II for ARM移植的相關啟動代碼