ARM汇编语言与嵌入式C溷合编程PPT课件

1、配套教材：ARM嵌入式系统结构与编程，邱铁 编著，清华大学出版社，2009,3ARMARM嵌入式系统结构与编程嵌入式系统结构与编程第1页/共46页2TM第第8章章 ARM汇编语言与嵌入式汇编语言与嵌入式C混合编混合编程程本章首先简要的介绍了嵌入式本章首先简要的介绍了嵌入式C语言的编程规语言的编程规范，嵌入式开发中常用的位运算与控制位域及范，嵌入式开发中常用的位运算与控制位域及在嵌入式在嵌入式C程序设计中要注意的问题，为读者进程序设计中要注意的问题，为读者进行嵌入式行嵌入式C程序设计打基础。然后介绍在程序设计打基础。然后介绍在ARM汇汇编语言与嵌入式编语言与嵌入式C语言进行相互调用的标准语言进行

2、相互调用的标准（AAPCS），并以大量的实例说明了相互调用），并以大量的实例说明了相互调用应注意的问题。应注意的问题。第2页/共46页内容提要内容提要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混合编程第3页/共46页过程调用标准过程调用标准ATPCS与与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

3、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。 第4页/共46页寄存器使用规则寄存器使用规则 （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。第5页/共46页 （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。 第6页/共46页 （3）寄存器R12用作子程序间调用时临时保

4、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。 第7页/共46页 （5）通用寄存器R14用作链接寄存器 ； （6）通用寄存器R15用作程序计数器，记作PC 。第8页/共46页数据栈使用规则数据栈使用规则 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字节对齐的。 第9页/共46页参数传递规则参数传递规则 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。第10页/共46

5、页 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。 第11页/共46页 如果系统包含浮点运算的硬件部件，将按照如下规则传递： 各个浮点参数按顺序处理 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FP寄存器进行参数传递。第12页/共46

6、页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。第13页/共46页86 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 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。 第14页/共46页 过程调用标准ATPCS

7、/AAPCS是学习嵌入式程序调用的基础内容，详细说明请参考教材ARM嵌入式系统结构与编程第8章节第15页/共46页1 内嵌汇编内嵌汇编 (1)ARM开发工具编译环境下内嵌汇编语法格式第16页/共46页ARM开发工具编译环境下实例开发工具编译环境下实例第17页/共46页 (2)GNU ARM环境下内嵌汇编语法格式第18页/共46页GNU ARM环境下实例环境下实例第19页/共46页 2.内嵌汇编的局限性 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。 当表达式过于复杂时需要使用较多的物理寄存器

8、，有可能产生冲突。 GNU ARM编译环境下内嵌汇编语言ARM开发工具稍有差别，不能直接引用C语言中的变量。 第20页/共46页 （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。第21页/共46页 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。需要注意的是，当寄存器SP、SL、FP以及SB用作特定的用途时，编译器不能恢复这些寄存器的值。 通常在内嵌汇编指

9、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。第22页/共46页 （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。第23页/共46页 （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。第24页/共46页 （5）SWI和BL指令 SWI和BL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3个可选的寄存器列表： 用于存放输入的参数的寄存器列表

10、。 用于存放返回结果的寄存器列表。 用于保存被调用的子程序工作寄存器的寄存器列表。第25页/共46页 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不具有实际意义第26页/共46页 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

11、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。第27页/共46页2 ARM汇编语言与嵌入式汇编语言与嵌入式C程序相互调用程序相互调用 1汇编程序调用C程序 2 C程序调用汇编程序第28页/共46页 1汇编程序调用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； 在ARM开发工具编译环境下，汇编程序中要使用IMPORT伪操作声明将要调用的C程序。 第29页/共46页示例解析示例解析在GNU ARM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、R

12、1中，其中R1中存放高32位结果。第30页/共46页 首先建立汇编源文件第31页/共46页 然后建立C语言源文件第32页/共46页示例解析示例解析在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。第33页/共46页 首先建立汇编源文件第34页/共46页 然后建立C语言源文件第35页/共46页 程序运行结果如下： R0=0 x82B40000 R1=0 x21C3677C第36页/共46页 2 C程序调用汇编程序 在GNU ARM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

13、局的函数，可被外部函数调用，同时在C程序中要用关键字extern声明要调用的汇编语言程序。 在ARM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。同时也要在C程序中要用关键字extern声明要调用的汇编语言程序。 第37页/共46页示例解析示例解析 （1）在GNU ARM编译环境下设计程序，用用C语言调用ARM汇编语言C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。第38页/共46页 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语言源文件第39页/共46页 每三步：建立汇编源文件第40页/共46页示例解析示例解析 （2）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。第41页/共46页 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