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, 
#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。 
/*    cfile.c 
*    定义全局变量,并作为主调程序 
*/ 

#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; 
} 

       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 
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 */ 

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。 



看完这篇文章,查了些关于ATPCS规范的资料,大致了解了ARM-c和汇编混合编程的原理,但是在电脑上用交叉编译环境总是编译出错. 
然后找篇文章,讲在GCC条件下C和汇编调用,自己编写一个例子如下: 
能成功编译. 
现在的问题是为什么我按规范来写C中内嵌汇编总是报错,查找了很多资料也未得到结果.望高人指点. 
我现在是解决办法是这样:(编写的代码中汇编能调用C) 
先编写汇编代码调用C 
然后在C函数中需要内嵌汇编时用return指令返回到刚刚写汇编代码段继续执行新的汇编. 
关于如何连接汇编和C,有时间我将专门写一编最近解决这个问题的文章 


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

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