C和彙編混合編程及示例

在嵌入式系統開發中,目前使用的主要編程語言是C和彙編,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,主要是因爲C語言的結構比較好,便於人的理解,而且有大量的支持庫。儘管如此,很多地方還是要用到彙編語言,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彙編。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,而要手工編寫彙編,達到優化的目的。而且,彙編語言是和CPU的指令集緊密相連 的,作爲涉及底層的嵌入式系統開發,熟練對應彙編語言的使用也是必須的。 
單純的C或者彙編編程請參考相關的書籍或者手冊,這裏主要討論C和彙編的混合編程,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 語言中內嵌彙編 
在C中內嵌的彙編指令包含大部分的ARM和Thumb指令,不過其使用與彙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,不要使用過於複雜的C表達式,避免物理寄存器衝突 
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用於子程序調用,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 
內嵌彙編使用的標記是 __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中內嵌彙編語言, 
#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; 
} 
在這裏C和彙編之間的值傳遞是用C的指針來實現的,因爲指針對應的是地址,所以彙編中也可以訪問。 

2. 在彙編中使用C 定義的全局變量 
內嵌彙編不用單獨編輯彙編語言文件,比較簡潔,但是有諸多限制,當彙編的代碼較多時一般放在單獨的彙編文件中。這時就需要在彙編和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,並作爲主調程序 
*/ 

#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; 
} 

       對應的彙編語言文件 
;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,並加extern關鍵字;二是在彙編中用EXPORT導出函數名,並用該函 數名作爲彙編代碼段的標識,最後用mov        pc, lr返回。然後,就可以在C中使用該函數了。從C的角度,並不知道該函數的實現是用C還是彙編。更深的原因是因爲C的函數名起到表明函數代碼起始地址的左 右,這個和彙編的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 
       在這裏,C和彙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於四個參數,對應的用R0-R3來進行傳遞,多於4個時藉助棧,函數的返回值通過R0來返 回。 

4. 在彙編中調用C 的函數 
在彙編中調用C的函數,需要在彙編中IMPORT 對應的C函數名,然後將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; 
} 
       在彙編中調用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於4時,要藉助stack,具體見ATPCS規範。 



看完這篇文章,查了些關於ATPCS規範的資料,大致瞭解了ARM-c和彙編混合編程的原理,但是在電腦上用交叉編譯環境總是編譯出錯. 
然後找篇文章,講在GCC條件下C和彙編調用,自己編寫一個例子如下: 
能成功編譯. 
現在的問題是爲什麼我按規範來寫C中內嵌彙編總是報錯,查找了很多資料也未得到結果.望高人指點. 
我現在是解決辦法是這樣:(編寫的代碼中彙編能調用C) 
先編寫彙編代碼調用C 
然後在C函數中需要內嵌彙編時用return指令返回到剛剛寫彙編代碼段繼續執行新的彙編. 
關於如何連接彙編和C,有時間我將專門寫一編最近解決這個問題的文章 


原文:http://bbs.chinaunix.net/thread-1942308-1-1.html

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