C嵌入汇编
摘要: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。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。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。
注意事项:
1.小心物理寄存器,如R0-R3,IP,LR,CPSR等,因为在计算时可能改变他们。
2.不要使用寄存器代替变量。
3.使用内嵌汇编无需保存和恢复寄存器。
4.访问全局变量使用.IMPORT引入全局变量,用LDR和STR访问他们。
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。
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,
voidmy_strcpy(constchar*src,char*dest)
{
charch;
__asm
{
loop:
ldrbch,[src],#1
strbch,[dest],#1
cmpch,#0
bneloop
}
}
intmain()
{
char*a="forgetitandmoveon!";
charb[64];
my_strcpy(a,b);
printf("original:%s",a);
printf("copyed:%s",b);
return0;
}
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。
intgVar_1=12;
externasmDouble(void);
intmain()
{
printf("originalvalueofgVar_1is:%d",gVar_1);
asmDouble();
printf("modifiedvalueofgVar_1is:%d",gVar_1);
return0;
}
对应的汇编语言文件
;calledbymain(inC),todoubleaninteger,aglobalvardefinedinCisused.
AREAasmfile,CODE,READONLY
EXPORTasmDouble
IMPORTgVar_1
asmDouble
ldrr0,=gVar_1
ldrr1,[r0]
movr2,#2
mulr3,r1,r2
strr3,[r0]
movpc,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movpc,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。
externvoidasm_strcpy(constchar*src,char*dest);
intmain()
{
constchar*s="seasonsinthesun";
chard[32];
asm_strcpy(s,d);
printf("source:%s",s);
printf("destination:%s",d);
return0;
}
;asmfunctionimplementation
AREAasmfile,CODE,READONLY
EXPORTasm_strcpy
asm_strcpy
loop
ldrbr4,[r0],#1;addressincrementafterread
cmpr4,#0
beqover
strbr4,[r1],#1
bloop
over
movpc,lr
END
在这里,C和汇编之间的参数传递是通过ATPCS(ARMThumbProcedureCallStandard)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。
;thedetailsofparameterstransfercomesfromATPCS
;iftherearemorethan4args,stackwillbeused
EXPORTasmfile
AREAasmfile,CODE,READONLY
IMPORTcFun
ENTRY
movr0,#11
movr1,#22
movr2,#33
BLcFun
END
intcFun(inta,intb,intc)
{
returna+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ADS1.2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-IIforARM移植的相关启动代码
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