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[嵌入式]MDK下C与汇编语言混合编程

前言

如今C语言很强大，在嵌入式编程当中应用广泛，但是为什么还要在c语言中还要嵌入汇编语言，对于没有学过汇编语言的情况下，难学又不易理解？

因为汇编语言实时性比C语言好，占用单片机资源少，生成的执行文件更小，汇编语言程序直接被转换成机器指令。执行效率更高，这对某些嵌入式领域所要求的高实时性有一定帮助，此外，有时在涉及到硬件底层操作的代码时必须使用汇编代码。

所以说，在一些性能要求比较高的情况下，通常会在c语言程序在内嵌一些汇编代码。下面让我们来体会一下，在Keil环境下C与汇编语言的混合使用。

一、在c函数中调用汇编函数

1.调用不带参数的汇编函数

新建一个main.c文件

#include <stdio.h>

extern void Init_1(void);
int main()
{
	Init_1();
	return 0;
}

新建一个func.s文件

AREA	My_Function ,CODE,READONLY  
	
	EXPORT Init_1 ;将Init_1导出，供工程中其他文件调用实现
		
Init_1
	MOV	R1,	#1   ;将立即数1放到寄存器R1中,即将R1寄存器初始化为1
	MOV R2,	#2	 ;将立即数2放到寄存器R2中，即将R2寄存器初始化为2
		
LOOP			 ;循环开始的地方
	CMP R1,	#10  ;比较R1与10的大小
	BHS	LOOP_END ;如果R1大于等于10，则跳转到LOOP_END，循环结束；否则，执行下一语句
	ADD R2,	#1	 ;R2=R2+1；
	ADD R1,	#1   ;R1=R1+1；
	B	LOOP     ;无条件跳转到LOOP执行下一次循环
	
LOOP_END	     ;循环结束
	NOP          ;空指令，延时等待
	
	
	END

注意：必须空格后再写END，不然会被认为是段名，表示程序结束

关于新建一个MD工程，并添加一个新项目的步骤
可参考我的另一篇博客

MDK下汇编语言调试分析

开始调试
单步执行

程序执行到如上图所示时，可以发现R0，R1寄存器的值已经变为1，2

2.调用带形参的汇编函数

下面由于要涉及到arm寄存器的一些分析，所以我在这先简单介绍一下。

R１～R３通常用来传递函数参数
R４～R１１用来保存程序运算的中间结果或函数的局部变量
R１２通常用来作为函数调用过程中的临时寄存器
R13寄存器是堆栈寄存器（SP），用来保存堆栈的当前指针
R14寄存器是链接寄存器（LR），用来保存函数的返回地址
R15寄存器是程序寄存器（PC），指向程序当前的地址

修改代码

将原汇编语言 Init_1函数的类型改为 int Init_1(init) ，此函数功能修改为传入一个整型数x，函数运行后返回整型数 x+100

修改main.c

#include <stdio.h>
extern int Init_1(int a);
int main()
{
	Init_1(66);
	return 0;
}

修改func.s

Init_1
    ADD R0,R0,#100	；R0记录传入的形参，并且执行R0=R0+100；
	BX LR           ；跳转的LR的地址执行，在这里，LR记录main函数调用子函数的返回地址

初始化形参

在这里插入图片描述

可以看到我传入的函数参数是66，转换为16进制即为0x42，说明函数形参已被写入寄存器R0中

记录返回地址

在这里插入图片描述

我们看到在进入子函数时，一般有两个准备工作

1）初始化形参
2）R14（LR）寄存器值发生变化，记录从子函数返回当前函数的地址

进入子函数、执行指令

在这里插入图片描述
我们看到，下一条指令执行是R0=R0+0x64，此时R0的值为0x42，我们可以预测执行完这步，R0的值应变为0xA6

果然R0的值变为0xA6,如下图

在这里插入图片描述

返回主程序

在这里插入图片描述

当程序运行到如上图所示时，点击单步调试，注意观察到R14(LR)中的地址-1被加载到R15(PC)指针，PC指针指向该地址，即可返回主程序。

在这里插入图片描述
至此，一个函数的调用过程到此为止。

本例是以一个参数为例的，但当函数参数多于4个时，所调用的方式有所不同。前4个参数分别用R0~R3寄存器来记录，多余参数被加载到内存中使用栈来传递。

关于ARM体系下有多个函数形参的情况下，我写了一篇博客具体分析了一下

ARM体系下函数形参调用寄存器详解

二、在汇编函数中调用c函数

在ｍａｉｎ．ｃ中修改代码

int sum(int a,int b)
{
	int c;
	a=100;
	b=200;
	c=a+b;
	return c;


}

在ｆｕｎｃ．ｓ中修改代码

AREA	My_Function ,CODE,READONLY  	
	IMPORT sum
	ENTRY
	EXPORT __main

__main

    BL sum
	BX LR
	
	END

仿真调试

调用子函数的过程与ｃ文件调用汇编函数的过程大同小异，有兴趣的话可以自己尝试一下仿真跟踪调试。

注意：ARM汇编指令不支持顶格写，否则不能识别；声明变量时不要有空格，不然会出现奇奇怪怪的错误。

三、汇编函数与ｃ函数混合调用

修改ｍａｉｎ．ｃ中的代码

extern int SUM_ASM(void);
int sum(int a,int b)
{
	int c;
	a=100;
	b=200;
	c=a+b;
	return c;
}
int main(void)
{
	SUM_ASM();
	return 0;
}

修改ｆｕｎｃ．ｓ中代码

 AREA	My_Function ,CODE,READONLY  	
	IMPORT sum
	EXPORT SUM_ASM
		
	ENTRY

SUM_ASM
	LDR R0,=0X3
	LDR R1,=0X4
	BL sum 
	MOV PC,LR
	
	
	END

小结
此代码实现了在c函数中调用汇编函数，再从汇编函数中调用c函数，调用方式与之前大同小异，但是了解c程序和汇编程序相互调用，混合编程还是很有帮助的。

如在MDK下stm32程序的执行过程为

先执行.s的汇编程序，再.s文件中执行以下操作

初始化堆栈指针 SP=_initial_sp
初始化 PC 指针 =Reset_Handler
初始化中断向量表
配置系统时钟
调用 C 库函数 _main 初始化用户堆栈，从而最终调用 main 函数去到 C 的世界

然后再跳转到main函数，执行一些c语言程序。
在一些对性能要求比较高的情况下，有时也会在c语言程序在内嵌一些汇编代码。

总结

无论是在汇编程序中调用c程序，还是c程序中调用（内嵌）汇编程序，往往都涉及到子程序的调用、参数的传递、子程序的返回等问题。不同的语言有着不同程度的指令集封装，在了解这些函数调用过程时，首先要初步了解ATPCS(ARM-Thumb Processor Call standard)，其核心内容是子程序调用的基本规则和堆栈的使用约定等。

此外，了解了这些子程序的具体调用规则，设计程序仿真调试去验证、理解每一步如何得来，亲自实践操作对于理解子程序的调用方式是很有帮助的。

以上是我的相关学习体会，如有问题，望大家不吝指教。

参考书籍
1.嵌入式c语言自我修养从芯片、编译器到操作系统电子工业出版社王利涛著

2.<STM32库开发指南–基于野火指南者开发板>