原创 汇编与c混合编程

2007-5-7 17:11 2312 5 5 分类: MCU/ 嵌入式
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 <stdio.h>
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。

/* cfile.c

* 定义全局变量,并作为主调程序
*/ #include <stdio.h> 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。

/* cfile.c
*
in C,call an asm function, asm_strcpy
*
Sep 9, 2004
*/

#include <stdio.h>
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

/*C file, called by asmfile */

PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
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。
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