第8章 ARM汇编语言与嵌入式C混合编程(2).ppt

第8章 ARM汇编语言与嵌入式C混合编程,81 嵌入式C编程规范82 嵌入式C程序设计中的位运算83 嵌入式C程序设计中的几点说明84 嵌入式C程序设计格式85 过程调用标准ATPCS与AAPCS86 ARM汇编语言与嵌入式C混合编程,8.5 过程调用标准ATPCS与AAPCS,EXPORT strcpy AREA str_cpy,CODE,READONLY CODE32strcpyLDRB R2,R1,#1 STRB R2,R0,#1 CMP R2,#0 BNE strcpy MOV PC,LR END,#include extern void strcpy(char*d,char*s);int main(void)char*srcstr=First string-source;char*desstr=Second string-destination;strcpy(desstr,srcstr);/printf(%st%s,srcstr,desstr);return 0;,8.5 过程调用标准ATPCS与AAPCS,过程调用标准ATPCS（ARM-Thumb Produce Call Standard）规定了子程序间相互调用的基本规则，ATPCS规定子程序调用过程中寄存器的使用规则、数据栈的使用规则及参数的传递规则。2007年，ARM公司推出了新的过程调用标准AAPCS（ARM Architecture Produce Call Standard）,它只是改进了原有的ATPCS的二进制代码的兼容性。,8.5.1 寄存器使用规则,（1）子程序间通过寄存器R0R3传递参数，寄存器R0R3可记作A1A4。被调用的子程序在返回前无须恢复寄存器R0R3的内容。（2）在子程序中，ARM状态下使用寄存器R4R11来保存局部变量，寄存器R4R11可记作V1V8；Thumb状态下只能使用R4R7来保存局部变量。,8.5.1 寄存器使用规则,（3）寄存器R12用作子程序间调用时临时保存栈指针，函数返回时使用该寄存器进行出栈，记作IP；在子程序间的链接代码中常有这种使用规则。（4）通用寄存器R13用作数据栈指针，记作SP。在子程序中R13不能用于其他用途。SP在进入子程序时的值和退出子程序时的值必须相等。（5）通用寄存器R14用作链接寄存器。如果在子程序中保存了返回地址，如果R14可用于其他用途。（6）通用寄存器R15用作程序计数器，记作PC，不能用于其他用途。,8.5.2 数据栈使用规则,过程调用标准规定数据栈为FD类型，并且对数据栈的操作时要求8字节对齐(通过伪操作PRESERVE8来设置)。相关概念：数据栈指针SP：最后一个写入栈的数据的内存地址；数据栈基地址：数据栈的最高地址；数据栈界限：可使用的最低的地址单元；已占用的数据栈：基地址和SP之间的内存区域；未占用的数据栈：SP和数据栈界限之间的内存区域；数据栈中的数据帧：为子程序分配的用来保存寄存器和局部变量的区域。,8.5.3 参数传递规则,1参数个数可变的子程序参数传递规则对于参数个数可变的子程序，当参数个数不超过4个时，可以使用寄存器R0R3来传递；当参数个数超过4个时，还可以使用数据栈进行参数传递。在参数传递时，将所有参数看作是存放在连续的内存子单元中的字数据。然后依次将各个字数据传送到寄存器R0、R1、R2、R3中，如果参数多于4 个，将剩余字数据传送到数据栈中，入栈的顺序与参数顺序相反，即最后一个字数据先入栈。,8.5.3 参数传递规则,参数个数固定的子程序参数传递规则 如果系统不包含浮点运算的硬件部件且没有浮点参数时，则依次将各参数传送到寄存器R0R3中，如果参数个数多于4个，将剩余的字数据通过数据栈来传递；如果包括浮点参数则要通过相应的规则将浮点参数转换为整数参数，然后依次将各参数传送到寄存器R0R3中。如果参数多于4个，将剩余字数据传送到数据栈中，入栈的顺序与参数顺序相反，即最后一个字数据先入栈。,8.5.3 参数传递规则,例8-15 在C语言程序中定义字符串string1和string2，通过调用ARM汇编语言程序将两个字符串内容进行互换。,EXTERN _mainAREA str_Swap,CODE,READONLYENTRYstartBL_mainstopBstopEND,externvoid string_swap(char,char);void _main(void)char string1100=ARM9TDMI-S;char string2100=I study ARM;string_swap(string1,string2);,8.5.3 参数传递规则,例8-15,EXPORT string_swapAREA str_swap,CODE,READONLYstring_swapLDRBR2,R0,#1LDRBR3,R1,#1STRBR2,R1,#-1STRBR3,R0,#-1CMPR2,#0CMPNER3,#0BNEstring_swapSUBSR2,R2,R3BMIcopy_string2,copy_string1LDRBR2,R0,#1STRBR2,R1,#1CMPR2,#0BNEcopy_string1MOVPC,LRcopy_string2LDRBR3,R1,#1STRBR3,R0,#1CMPR3,#0BNEcopy_string2MOVPC,LREND,8.5.3 参数传递规则,例 传递的参数多于4个时的情况,EXTERN sum AREA main,CODE,READONLY ENTRY CODE32start MOV R0,#100 MOV R1,#100,MOV R2,#100 MOV R3,#100 STMFD SP!,R4 MOV R4,#100 STMFD SP!,R4 BL sumexit B exit END,int sum(int a,int b,int c,int d,int e)return a+b+c+d+e;,8.5.3 参数传递规则,3.子程序结果返回规则（1）结果为一个32位的整数时，通过寄存器R0返回；结果为一个64位整数时，通过寄存器R0，R1返回。（2）结果为一个浮点数时，可以通过浮点运算部件的寄存器F0、D0或者S0来返回；结果为复合型的浮点数（如复数）时，可以通过寄存器F0Fn或者0n来返回。（3）对于位数更多的结果，需要通过内存来传递。,8.5.3 参数传递规则,例8-16 分析执行下面的程序代码后，寄存器R0，R1中的值,extern long long Factorial();void _main(void)Factorial();/*注：单步调试在此处查看R0、R1中的内容*/return 0;,long long Factorial()char i;long long Nx=1;for(i=1;i=20;i+)Nx=Nx*i;return Nx;,8.6 ARM汇编语言与嵌入式C混合编程,在嵌入式程序设计中，有些场合（如对具体的硬件资源进行访问）必须用汇编语言来实现，可以采用在嵌入式C语言程序中嵌入汇编语言或嵌入式C语言调用汇编语言来实现。包括3种形式：C程序中内嵌汇编程序、C程序调用汇编程序、汇编程序调用C程序。,8.6.1 内嵌汇编,内嵌汇编是在嵌入式C程序中嵌入一段汇编代码，这段代码在形式上表现为独立定义的函数体。1.ARM开发工具编译环境下内嵌汇编语法格式,ARM开发工具编译环境下实例,特点：可直接引用C语言中的变量。,8.6.1 内嵌汇编,(2)GNU ARM环境下内嵌汇编语法格式,GNU ARM环境下实例,8.6.1 内嵌汇编,2.内嵌汇编的局限性1）操作数ARM开发工具编译环境下内嵌汇编语言，指令操作数可以是寄存器、常量或C语言表达式。可以是char、short或int类型，而且是作为无符号数进行操作。表达式不要过于复杂，当表达式过于复杂时需要使用较多的物理寄存器，有可能产生冲突。GNU ARM编译环境下不能直接引用C语言中的变量。,8.6.1 内嵌汇编,2.内嵌汇编的局限性（2）物理寄存器不要直接向程序计数器PC赋值，程序的跳转只能通过B或BL指令实现。一般将寄存器R0R3、R12及R14用于子程序调用存放中间结果，因此在内嵌汇编指令中，一般不要将这些寄存器同时指定为指令中的物理寄存器。,8.6.1 内嵌汇编,2.内嵌汇编的局限性（2）物理寄存器在内嵌的汇编指令中使用物理寄存器时，如果有C语言变量使用了该物理寄存器，则编译器将在合适的时候保存并恢复该变量的值。通常在内嵌汇编指令中不要指定物理寄存器，因为有可能会影响编译器分配寄存器，进而可能影响代码的效率。,8.6.1 内嵌汇编,2.内嵌汇编的局限性（3）标号、常量及指令展开C语言程序中的标号可以被内嵌的汇编指令所使用。但是只有B指令可以使用C语言程序中的标号，BL指令不能使用C语言程序中的标号；常量前的符号“#”可以省略；如果内嵌的汇编指令中包含常量操作数，则该指令可能会被汇编器展开成几条指令。,8.6.1 内嵌汇编,2.内嵌汇编的局限性（4）内存单元的分配 内嵌汇编器不支持汇编语言中用于内存分配的伪操作。所用的内存单元的分配都是通过C语言程序完成的，分配的内存单元通过变量以供内嵌的汇编器使用。,8.6.1 内嵌汇编,3 内嵌汇编器与armasm汇编器的区别内嵌汇编器不支持“LDR Rn,=expression”伪指令，使用“MOV Rn,expression”代替，不支持ADR、ADRL伪指令；十六进制数前要使用前缀0 x，不能使用&。当使用8位移位常量导致CPSR中的ALU标志位需要更新时，N、Z、C、V标志中的C不具有实际意义；指令中使用的C变量不能与任何物理寄存器同名，否则会造成混乱；不支持BX和BLX指令；使用内嵌汇编器，不能通过对程序计数器PC赋值实现程序返回或跳转；编译器可能使用寄存器R0R3、R12及R14存放中间结果，如果使用这些寄存器时要特别注意。,8.6.2 ARM汇编语言与嵌入式C程序相互调用,1汇编程序调用C程序2 C程序调用汇编程序,8.6.2 ARM汇编语言与嵌入式C程序相互调用,1汇编程序调用C程序在ARM开发工具编译环境下，汇编程序中要使用IMPORT/EXTERN伪操作声明将要调用的C程序。在GNU ARM编译环境下，汇编程序中要使用.extern伪操作声明将要调用的C程序；,8.6.2 ARM汇编语言与嵌入式C程序相互调用,例8-17在ARM开发工具编译环境下设计程序，用ARM汇编语言调用C语言实现20！的阶乘操作，并将64位结果保存到寄存器R0、R1中，其中R1中存放高32位结果。,8.6.2 ARM汇编语言与嵌入式C程序相互调用,首先建立汇编源文件start.s,8.6.2 ARM汇编语言与嵌入式C程序相互调用,然后建立C语言源文件factorial.c,8.6.2 ARM汇编语言与嵌入式C程序相互调用,2 C程序调用汇编程序在ARM开发工具编译环境下，C程序中要用关键字extern声明要调用的汇编语言程序。同时也要在汇编程序中要使用EXPORT伪操作声明本程序可以被其他程序调用。在GNU ARM编译环境下，在C程序中要用关键字extern声明要调用的汇编语言程序，同时在汇编程序中要使用.global伪操作声明汇编程序为全局的函数，可被外部函数调用。,8.6.2 ARM汇编语言与嵌入式C程序相互调用,例8-18在ARM开发工具编译环境下设计程序，用C语言调用ARM汇编语言实现20的阶乘（20！）操作，并将64位结果保存到0 xFFFFFFF0开始的内存地址单元，按照小端格式低位数据存放在低地址单元。,8.6.2 ARM汇编语言与嵌入式C程序相互调用,每一步：建立启动C程序的代码，请读者参阅前面的章节自行建立。每二步：建立C语言源文件main.c。,8.6.2 ARM汇编语言与嵌入式C程序相互调用,每三步：建立汇编源文件Factorial.s,程序运行结果如下：,