第四讲_ARM汇编语言与嵌入式C混合编程

1、1TM1内容提要内容提要n81 嵌入式嵌入式C编程规范编程规范n82 嵌入式嵌入式C程序设计中的位运算程序设计中的位运算n83 嵌入式嵌入式C程序设计中的几点说明程序设计中的几点说明n84 嵌入式嵌入式C程序设计格式程序设计格式n85 过程调用标准过程调用标准ATPCS与与AAPCSn86 ARM汇编语言与嵌入式汇编语言与嵌入式C混合编程混合编程2TM28.5过程调用标准过程调用标准ATPCS与与AAPCSn过程调用标准过程调用标准ATPCS（ARM-Thumb Produce Call Standard）规定了子程序间相互调用的基本）规定了子程序间相互调用的基本规则，规则， ATPCS规定子

2、程序调用过程中规定子程序调用过程中寄存器的使寄存器的使用规则、数据栈的使用规则及参数的传递规则用规则、数据栈的使用规则及参数的传递规则。 n2007年，年，ARM公司推出了新的过程调用标准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它只是改进了原有的ATPCS的二进制的二进制代码的兼容性。代码的兼容性。 3TM38.5.1寄存器使用规则寄存器使用规则n（1）子程序间通过寄存器）子程序间通过寄存器R0R3传递参数传递参数，寄存器，寄存器R0R3可记作可记作A1A4。被调用的。被调用的子程序在返回前无须恢复

3、寄存器子程序在返回前无须恢复寄存器R0R3的内的内容。容。4TM4n（2）在子程序中，）在子程序中，ARM状态下使用寄存器状态下使用寄存器R4R11来保存局部变量，寄存器来保存局部变量，寄存器R4R11可记作可记作V1V8；Thumb状态下只能使用状态下只能使用R4R7来保存局部变量。来保存局部变量。 5TM5n（3）寄存器寄存器R12用作子程序间调用时临时保用作子程序间调用时临时保存栈指针存栈指针，函数返回时使用该寄存器进行出，函数返回时使用该寄存器进行出栈，记作栈，记作IP；在子程序间的链接代码中常有；在子程序间的链接代码中常有这种使用规则。这种使用规则。n（4）通用寄存器）通用寄存器R1

4、3用作数据栈指针，记作用作数据栈指针，记作SP。 6TM6n（5）通用寄存器）通用寄存器R14用作链接寄存器用作链接寄存器 ；n（6）通用寄存器）通用寄存器R15用作程序计数器，记作用作程序计数器，记作PC 。7TM78.5.2数据栈使用规则数据栈使用规则n 过程调用标准规定过程调用标准规定数据栈为数据栈为FD类型类型，并且对，并且对数据栈的操作时要求数据栈的操作时要求8字节对齐字节对齐的。的。 8TM88.5.3参数传递规则参数传递规则n1参数个数可变的子程序参数传递规则参数个数可变的子程序参数传递规则n对于参数个数可变的子程序，当参数个数不对于参数个数可变的子程序，当参数个数不超过超过4个

5、时，可以使用寄存器个时，可以使用寄存器R0R3来传递来传递；当参数个数超过；当参数个数超过4个时，还可以使用个时，还可以使用数据栈数据栈进行参数传递。进行参数传递。9TM9n参数个数固定的子程序参数传递规则参数个数固定的子程序参数传递规则n如果系统不包含浮点运算的硬件部件且没有浮点参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数时，则依次将各参数传送到寄存器R0R3中，中，如果参数个数多于如果参数个数多于4个，将剩余的字数据通过数据个，将剩余的字数据通过数据栈来传递；栈来传递；n如果包括浮点参数则要通过相应的规则将如果包括浮点参数则要通过相应的规则将浮点参数浮点

6、参数转换为整数参数转换为整数参数，然后依次将各参数传送到寄存器，然后依次将各参数传送到寄存器R0R3中。如果参数多于中。如果参数多于4个，将剩余字数据传送个，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。一个字数据先入栈。 10TM10n如果如果系统包含浮点运算的硬件部件系统包含浮点运算的硬件部件，将按照，将按照如下规则传递：如下规则传递：n各个浮点参数按顺序处理各个浮点参数按顺序处理n为每个浮点参数分配寄存器。分配方法是：找到为每个浮点参数分配寄存器。分配方法是：找到编号最小的满足该浮点参数需要的一组连续的编号最小的

7、满足该浮点参数需要的一组连续的FP寄存器寄存器进行参数传递。进行参数传递。11TM11n子程序结果返回规则子程序结果返回规则n（1）结果为一个）结果为一个32位的整数时，通过寄存器位的整数时，通过寄存器R0返回；结果返回；结果为一个为一个64位整数时，通过寄存器位整数时，通过寄存器R0，R1返回。返回。n（2）结果为一个浮点数时，可以通过浮点运算部件的寄存）结果为一个浮点数时，可以通过浮点运算部件的寄存器器F0、D0或者或者S0来返回；结果为复合型的浮点数（如复数来返回；结果为复合型的浮点数（如复数）时，可以通过寄存器）时，可以通过寄存器F0Fn或者或者0n来返回。来返回。n（3）对于位数更多

8、的结果，需要通过内存来传递。）对于位数更多的结果，需要通过内存来传递。12TM1286 ARM汇编语言与嵌入式汇编语言与嵌入式C混合编程混合编程n在嵌入式程序设计中，有些场合（如对具体的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，硬件资源进行访问）必须用汇编语言来实现，可以采用在嵌入式可以采用在嵌入式C语言程序中嵌入汇编语言语言程序中嵌入汇编语言或嵌入式或嵌入式C语言调用汇编语言来实现。语言调用汇编语言来实现。 n不要把内嵌汇编和汇编器不要把内嵌汇编和汇编器ARMASM或者或者GAS混淆。混淆。内嵌汇编是内嵌汇编是C编译器的一部分编译器的一部分。13TM13

9、8.61 内嵌汇编内嵌汇编n(1)ARM开发工具编译环境下内嵌汇编语法格式开发工具编译环境下内嵌汇编语法格式14TM14ARM开发工具编译环境下实例开发工具编译环境下实例15TM15n(2)GNU ARM环境下内嵌汇编语法格式环境下内嵌汇编语法格式16TM16GNU ARM环境下实例环境下实例17TM17内嵌汇编的局限性内嵌汇编的局限性nARM开发工具编译环境下内嵌汇编语言，指令操作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、常量或数可以是寄存器、常量或C语言表达式。可以是语言表达式。可以是char、short或或int类型，而且是作为无符号数进行类型，而且是作为无符号数进行操作。

10、操作。 n当表达式过于复杂时需要使用较多的物理寄存器，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。有可能产生冲突。nGNU ARM编译环境下内嵌汇编语言编译环境下内嵌汇编语言ARM开发工具开发工具稍有差别，不能稍有差别，不能直接引用直接引用C语言中的变量语言中的变量。 18TM18内嵌汇编的局限性内嵌汇编的局限性n（2）物理寄存器）物理寄存器n不要直接向程序计数器不要直接向程序计数器PC赋值，程序的跳转赋值，程序的跳转只只能通过能通过B或或BL指令指令实现。实现。n一般将寄存器一般将寄存器R0R3、R12及及R14用于子程序调用于子程序调用存放中间结果，因此在内嵌汇编指令中，一

11、般用存放中间结果，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不要将这些寄存器同时指定为指令中的物理寄存器。器。19TM19内嵌汇编的局限性内嵌汇编的局限性n在内嵌的汇编指令中使用物理寄存器时，如果有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。需要注意的合适的时候保存并恢复该变量的值。需要注意的是，当寄存器是，当寄存器SP、SL、FP以及以及SB用作特定的用用作特定的用途时，编译器不能恢复这些寄存器的值。途时，编译器不能恢复这些寄存器的值。n通常在内嵌汇编指令

12、中不要指定物理寄存器，因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。响代码的效率。20TM20内嵌汇编的局限性内嵌汇编的局限性n（3）标号、常量及指令展开）标号、常量及指令展开nC语言程序中的标号可以被内嵌的汇编指令语言程序中的标号可以被内嵌的汇编指令所使用。但是只有所使用。但是只有B指令可以使用指令可以使用C语言程序语言程序中的标号，中的标号，BL指令不能使用指令不能使用C语言程序中的语言程序中的标号。标号。21TM21内嵌汇编的局限性内嵌汇编的局限性n（4）内存单元的分配）内存单元的分配n内嵌汇

13、编器不支持汇编语言中用于内存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。的伪操作。所用的内存单元的分配都是通过所用的内存单元的分配都是通过C语言程序完成语言程序完成的，分配的内存单元通过变的，分配的内存单元通过变量以供内嵌的汇编器使用。量以供内嵌的汇编器使用。22TM22内嵌汇编的局限性内嵌汇编的局限性n（5）SWI和和BL指令指令nSWI和和BL指令用于内嵌汇编时，除了正常的操作数指令用于内嵌汇编时，除了正常的操作数域外，还必须增加如下域外，还必须增加如下3个可选的寄存器列表：个可选的寄存器列表：n用于存放输入的参数的寄存器列表。用于存放输入的参数的寄存器列表。n用于存放返回结果的寄

14、存器列表。用于存放返回结果的寄存器列表。n用于保存被调用的子程序工作寄存器的寄存器列表。用于保存被调用的子程序工作寄存器的寄存器列表。23TM23内嵌汇编器与内嵌汇编器与armasm汇编器的区别汇编器的区别n内嵌汇编器不支持内嵌汇编器不支持“LDR Rn, = expression”伪指令，使用伪指令，使用“MOV Rn, expression”代替，不支持代替，不支持ADR、ADRL伪伪指令指令n十六进制数前要使用前缀十六进制数前要使用前缀0 x，不能使用，不能使用&。当使用当使用8位移位常量导致位移位常量导致CPSR中的中的ALU标志标志位需要更新时，位需要更新时，N、Z、C、V标

15、志中的标志中的C不具不具有实际意义有实际意义24TM24内嵌汇编器与内嵌汇编器与armasm汇编器的区别汇编器的区别n指令中使用的指令中使用的C变量不能与任何物理寄存器同名，变量不能与任何物理寄存器同名，否则会造成混乱否则会造成混乱n不支持不支持BX和和BLX指令指令n使用内嵌汇编器，不能通过对程序计数器使用内嵌汇编器，不能通过对程序计数器PC赋值，赋值，实现程序返回或跳转。实现程序返回或跳转。n编译器可能使用寄存器编译器可能使用寄存器R0R3、R12及及R14存放中存放中间结果，如果使用这些寄存器时要特别注意。间结果，如果使用这些寄存器时要特别注意。25TM258.6.2 ARM汇编语言与嵌

16、入式汇编语言与嵌入式C程序相互调用程序相互调用n1汇编程序调用汇编程序调用C程序程序n2 C程序调用汇编程序程序调用汇编程序26TM26n1汇编程序调用汇编程序调用C程序程序n在在GNU ARM编译环境下，汇编程序中要使编译环境下，汇编程序中要使用用.extern伪操作声明将要调用的伪操作声明将要调用的C程序；程序；n在在ARM开发工具编译环境下，汇编程序中要开发工具编译环境下，汇编程序中要使用使用IMPORT伪操作声明将要调用的伪操作声明将要调用的C程序。程序。 27TM27示例解析示例解析n在在GNU ARM编译环境下编译环境下设计程序，用设计程序，用ARM汇编语言调用汇编语言调用C语言实

17、现语言实现20！的阶乘！的阶乘操作，并将操作，并将64位结果保存到寄存器位结果保存到寄存器R0、R1中，其中中，其中R1中存放中存放高高32位结果位结果。28TM28n首先建立汇编源文件首先建立汇编源文件start.s29TM29n然后建立然后建立C语言源文件语言源文件factorial.c30TM30示例解析示例解析n在在ARM开发工具编译环境开发工具编译环境下设计程序，用下设计程序，用ARM汇编语言调用汇编语言调用C语言实现语言实现20！的阶乘！的阶乘操作，并将操作，并将64位结果保存到寄存器位结果保存到寄存器R0、R1中，其中中，其中R1中存放高中存放高32位结果。位结果。31TM31n

18、首先建立汇编源文件首先建立汇编源文件start.s32TM32n然后建立然后建立C语言源文件语言源文件factorial.c33TM33n程序运行结果如下：程序运行结果如下：nR0=0 x82B40000nR1=0 x21C3677C34TM34n2 C程序调用汇编程序程序调用汇编程序n在在GNU ARM编译环境下，在汇编程序中要使用编译环境下，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，可被外伪操作声明汇编程序为全局的函数，可被外部函数调用，同时在部函数调用，同时在C程序中要用关键字程序中要用关键字extern声明声明要调用的汇编语言程序。要调用的汇编语言程序。n在在AR

19、M开发工具编译环境下，汇编程序中要使用开发工具编译环境下，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。伪操作声明本程序可以被其他程序调用。同时也要在同时也要在C程序中要用关键字程序中要用关键字extern声明要调用的声明要调用的汇编语言程序。汇编语言程序。 35TM35示例解析示例解析n（1）在）在GNU ARM编译环境编译环境下设计程序，用下设计程序，用用用C语言调用语言调用ARM汇编语言汇编语言C语言实现语言实现20的的阶乘（阶乘（20！）操作，并将！）操作，并将64位结果保存到位结果保存到0 xFFFFFFF0开始的内存地址单元，按照开始的内存地址单元，按照小小端格式低位数据存放在低地址单元端格式低位数据存放在低地址单元。36TM36n每一步：建立启动每一步：建立启动C程序的代码，请读者参阅前面程序的代码，请读者参阅前面的章节自行建立。的章节自行建立。n每二步：建立每二步：建立C语言源文件语言源文件main.c37TM37n每三步每三步：建立汇编源文件：建立汇编源文件Factorial