ARM 中 C 和汇编混合编程及示例 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, 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 char *a = "forget it and move on!"; char b[64]; my_strcpy(a, b); printf("original: %s", a); printf("copyed: %s", b); 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 */ int gvar_1 = 12; extern asmdouble(void); printf("original value of gvar_1 is: %d", gvar_1); asmdouble(); printf(" modified value of gvar_1 is: %d", gvar_1); 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. 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 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 */ extern void asm_strcpy(const char *src, char *dest); const char *s = "seasons in the sun"; char d[32]; asm_strcpy(s, d); printf("source: %s", s); printf(" destination: %s",d); ;asm function implementation 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 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 IMPORT cfun ENTRY mov r0, #11 mov r1, #22 mov r2, #33 BL cfun /*C file, called by asmfile */
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 参考资料 1. 杜春雷,ARM 体系结构与编程, 清华大学出版社,2003 2. UC/OS-II for ARM 移植的相关启动代码