ARM中C和汇编混合编程及示例ARM中C和汇编混合编程及示

在嵌入式系统开发中，目前使用的主要编程语言是C和汇编，C++已经有相应的编译器，但是现在使用还是比较少的。在稍大规模的嵌入式软件中，例如含有OS，大部分的代码都是用C编写的，主要是因为C语言的结构比较好，便于人的理解，而且有大量的支持库。

    尽管如此，很多地方还是要用到汇编语言，例如开机时硬件系统的初始化，包括CPU状态的设定，中断的使能，主频的设定，以及RAM的控制参数及初始化，一些中断处理方面也可能涉及汇编。另外一个使用汇编的地方就是一些对性能非常敏感的代码块，这是不能依靠C编译器的生成代码，而要手工编写汇编，达到优化的目的。而且，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。

    单纯的C或者汇编编程请参考相关的书籍或者手册，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，暂不涉及C++。

      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。

 

#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。

 

#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

 

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。

       小结

　　以上通过几个简单的例子演示了嵌入式开发中常用的C和汇编混合编程的一些方法和基本的思路，其实最核心的问题就是如何在C和汇编之间传值，剩下的问题就是各自用自己的方式来进行处理。以上只是抛砖引玉，更详细和复杂的使用方法要结合实际应用并参考相关的资料。

说明

　　以上代码在ADS 1.2的工程中编译，并在对应的AXD中软件仿真通过。

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。