C/C++与汇编混合编程简介
2016-11-16 00:00
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1. 简介
当需要C/C++与汇编混合编程时,可以有以下两种处理策略:若汇编代码较短,则可在C/C++源文件中直接内嵌汇编语言实现混合编程。
若汇编代码较长,可以单独写成汇编文件,最后以汇编文件的形式加入项目中,通过ATPCS规定与C程序相互调用及访问。
2. 内嵌汇编语言指令
用C/C++程序嵌入汇编程序中可以实现一些高级语言没有的功能,提高程序执行效率。armcc编译器的内嵌汇编器支持ARM指令集,tcc编译器的内嵌汇编器支持Thumb指令集。2.1 内嵌汇编指令的语法格式
在ARM的C语言程序中可以使用关键字__asm来加入一段汇编语言的程序,格式如下:__asm { 指令 [;指令] /* comments */ ... 指令 }
其中,{ }中的指令都为汇编指令,一行允许写多条汇编指令语句,指令语句之间要用分号隔开。在汇编指令段中,注释语句采用C语言的注释格式。ARM C++程序中除了可以使用关键字__asm来标识一段内嵌汇编指令程序外,还可以使用关键词asm来表示一段内嵌汇编指令,格式如下:
asm ("指令");
其中,asm后面的括号中必须是一条汇编指令语句,并且不能包含注释语句。
2.2 使能/禁止IRQ中断实例
void enable_IRQ(void) //使能中断程序 { int tmp; //定义临时变量,后面使用 __asm //内嵌汇编程序的关键词 { MRS tmp, CPSR //把状态寄存器加载给tmp BIC tmp, tmp, #80 //将IRQ控制位清0 MSR CPSR_c, tmp //加载程序状态寄存器 } } void disable_IRQ(void) //禁止中断程序 { int tmp; //定义临时变量,后面使用 __asm //内嵌汇编程序的关键词 { MRS tmp, CPSR //把状态寄存器加载给tmp ORR tmp, tmp, #80 //将IRQ控制位置1 MSR CPSR_c, tmp //加载程序状态寄存器 } }
2.3 内嵌汇编注意事项
后缀.S文件中的汇编指令是用armasm汇编器进行汇编的,而C语言程序中的内嵌汇编指令则是用内嵌汇编器进行汇编的。这两种汇编器存在一定的差异,所以在内嵌汇编时要注意以下几点:2.3.1 小心使用物理寄存器
必须小心使用物理寄存器,如R0~R3、IP(R12)、LR(R14)和CPSR中的N、Z、C、V标志位。因为计算汇编代码中的C表达式时,可能使用这些物理寄存器,并会修改N、Z、C、V标志位。如计算y=x+x/y;
__asm { MOV R0, x //把x的值给R0 ADD y, R0, x/y //计算x/y时R0的值会被修改 }
2.3.2 内嵌汇编程序中允许使用C变量
在计算x/y时R0会被修改,从而影响R0+x/y的结果。内嵌汇编程序中允许使用C变量,用C变量来代替寄存器R0可以解决上述问题。这时内嵌汇编器将会为变量var分配合适的存储单元,从而避免冲突的发生。如果内嵌汇编器不能分配合适的存储单元,它将会报告错误。int var; __asm { MOV var, x //把x的值给R0 ADD y, var, x/y //计算x/y时R0的值会被修改 }
2.3.3 不需要保存和恢复用到的寄存器
对于在内嵌汇编语言程序中用到的寄存器,编译器在编译时会自动保存和恢复这些寄存器,用户不用保存和恢复这些寄存器。除了CPSR和SPSR寄存器外,其他物理寄存器在读之前必须先赋值,否则编译器会报错。int fun (int x) { __asm { STMFD SP!, {R0} //保存R0,先读后写,汇编出错 ADD R0, x, #1 EOR x, R0, x LDMFD SP!, {R0} //多余的 } return x; }
3. 汇编与C/C++程序的变量相互访问
3.1 汇编程序访问C/C++程序变量
在C/C++程序中声明的全局变量可以被汇编程序通过地址间接访问。具体访问方法/步骤如下:1) 在C/C++程序中声明全局变量。
2) 在汇编程序中使用IMPORT/EXTERN伪指令声明引用该全局变量。
3) 使用LDR伪指令读取该全局变量的内存地址。
4) 根据该数据的类型,使用相应的LDR指令读取该全局变量;使用相应的STR指令存储该全局变量的值。对于不同类型的变量,需要采用不同选项的LDR和STR指令,如下表所示。
C/C++语言中的变量类型 | 带后缀的LDR和STR指令 | 描述 |
unsigned char | LDRB/STRB | 无符号字符型 |
unsigned short | LDRH/STRH | 无符号短整型 |
unsigned int | LDR/STR | 无符号整型 |
char | LDRSB/STRSB | 字符型(8位) |
short | LDRSH/STRSH | 短整型(16位) |
读取C的一个全局变量,并进行修改,然后保存新的值到全局变量中:
AREA Example4, CODE, READONLY EXPORT AsmAdd IMPORT g_cVal @声明外部变量g_cVal,在C中定义的全局变量 AsmAdd LDR R1, =g_cVal @装载变量地址 LDR R0, [R1] @从地址中读取数据到R0 ADD R0, R0, #1 @加1操作 STR R0, [R1] @保存变量值 MOV PC, LR @程序返回 END
3.2 C/C++程序访问汇编程序数据
在汇编程序中声明的数据可以被C/C++程序所访问。具体访问方法/步骤如下:1) 在汇编程序中用EXPORT/GLOBAL伪指令声明该符号为全局标号,可以被其他文件应用。
2) C/C++程序中定义相应数据类型的指针变量。
3) 对该指针变量赋值为汇编程序中的全局标号,利用该指针访问汇编程序中的数据。
假设在汇编程序中定义了一块内存区域,并保存一串字符,汇编代码如下:
EXPORT Message @声明全局标号 Message DCB "HELLO$" @定义了5个有效字符,$为结束符
extern char* Message; int MessageLength() { int Length = 0; char *pMessage; //定义字符指针变量 pMessage = Message; //指针指向Message 内存块的首地址 /*while循环,统计字符串的长度*/ while(*pMessage != '$') //$为字符串的结束符 { Length++; pMessage++; } return(Length); //返回字符串的长度 }
4. 汇编与C/C++程序的函数相互调用
C/C++程序和ARM汇编程序之间相互调用必须遵守ATPCS(ARM/Thumb Procedure Call Standard)规则。使用ADS的C语言编译器编译的C语言子程序会自动满足用户指定的ATPCS类型。而对于汇编语言来说,完全要依赖用户来保证各个子程序满足选定的ATPCS类型。具体来说,汇编程序必须满足以下3个条件才能实现与C语言的相互调用。1) 在子程序编写时必须遵守相应的ATPCS规则。
2) 堆栈的使用要遵守相应的ATPCS规则。
3) 在汇编编译器中使用-atpcs选项。
4.1 ATPCS基本规则
ATPCS基本规则见ATPCS。4.2 C程序调用汇编程序
汇编程序的设置要遵循ATPCS规则,保证程序调用时参数的正确传递,在这种情况下,C程序可以调用汇编子函数。C程序调用汇编程序的方法如下:1) 汇编程序中使用EXPORT伪指令声明本子程序可外部使用,使其他程序可调用该子程序。
2) 在C语言程序中使用extern关键字声明外部函数(声明要调用的汇编子程序),才可调用此汇编的子程序。
#include <stdio.h> extern void strcopy(char *d, const char *s); //声明外部函数,即要调用的汇编子程序 int main(void) { const char *srcstr = "First ource"; //定义字符串常量 char dststr[] = "Second string-destination"; //定义字符串变量 printf("Before copying: \n"); printf("src=%s, dst=%s\n", srcstr, dststr); //显示源字符串和目标字符串的内容 strcopy(dststr, srcstr); //调用汇编子程序R0=dststr, R1=srcstr printf("After copying: \n"); printf("src=%s, dst=%s\n", srcstr, dststr); //显示复制后的结果 return(0); }
strcopy实现代码如下:
AREA Example, CODE, READONLY @声明代码段Example EXPORT strcopy @声明strcopy,以便外部函数调用 strcopy @ R0为目标字符串的地址, R1为源字符串的地址 LDRB R2, [R1], #1 @读取字节数据,源地址加1 STRB R2, [R0], #1 @保存读取的1字节数据,目标地址加1 CMP R2, #0 @判断字符是否复制完毕 BNE strcopy @没有复制完,继续循环复制 MOV PC, LR
4.3 汇编程序调用C程序
汇编程序设置要遵循APTCS规则,保证程序调用时参数的正确传递。汇编程序调用C程序的方法如下:1) 在汇编程序中使用IMPORT伪指令声明将要调用的C程序函数。
2) 在调用C程序时,要正确设置入口参数,然后使用BL指令调用。
int sum(int a, int b, int c, int d, int e) { return(a+b+c+d+e); //返回5个变量的和 }
AREA Example, CODE, READONLY IMPORT sum @ 声明外部标号sum,即C函数sum() EXPORT CALLSUM CALLSUM STMFD SP!, {LR} @LR寄存器入栈 MOV R0, #1 @设置sum函数入口参数,R0为参数a MOV R1, #2 @R1为参数b MOV R2, #3 @R2为参数c MOV R3, #5 @参数 e=5,保存到堆栈中 STR R3, {SP, #-4}! MOV R3, #4 @R3为参数d, d=4 BL sum @调用C程序中的sum函数,结果放在R0中 ADD SP, SP, #4 @调整堆栈指针 LDMFD SP, {PC} @程序返回 END
以上程序使用了5个参数,分别使用寄存器R0存储第1个参数,R1存储第2个参数,R2存储第3个参数,R3存储第4个参数,第5个参数利用堆栈传送。由于利用了堆栈传递参数,在程序调用结束后要调整堆栈指针。汇编程序中调用了C程序的sum子函数,实现了1+2+3+4+5,最后相加结果保存在R0寄存器中。
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