嵌入式系统原理及应用教程第4章课件

嵌入式系统原理及应用教程嵌入式系统原理及应用教程主讲内容主讲内容第第1章章嵌入式系嵌入式系统概述概述第第2章章ARM微微处理器概述与理器概述与编程模型程模型第第3章章ARM9指令系指令系统第第4章章嵌入式程序嵌入式程序设计基基础第第5章章嵌入式内部可嵌入式内部可编程模程模块第第6章章嵌入式接口技嵌入式接口技术应用用第第7章章软件开件开发环境境第第4章章嵌入式程序设计基础嵌入式程序设计基础u基于基于ARM的的编译器一般都支持器一般都支持汇编语言的程序言的程序设计、C/C+语言的程序言的程序设计及两者的混合及两者的混合编程。程。u本章介本章介绍ARM的嵌入式程序的基的嵌入式程序的基础知知识u伪指令指令u汇编语言的言的语句格式句格式u汇编语言言uC/C+语言的混合言的混合编程程.4.1伪指令伪指令u在在ARM汇编语言程序里，有一些特殊指令助言程序里，有一些特殊指令助记符，符，这些助些助记符与指令系符与指令系统的助的助记符不同，没有相符不同，没有相对应的操作的操作码，通常称，通常称这些特殊指令助些特殊指令助记符符为伪指指令令，他，他们所完成的操作称所完成的操作称为伪操作。操作。u伪指令在源程序中的指令在源程序中的作用作用是既要把正常的程序用是既要把正常的程序用指令表达指令表达给计算机以外，又要把程序算机以外，又要把程序设计者的意者的意图表达表达给编译器器.例如：例如：要告要告诉编译器程序段的开始和器程序段的开始和结束，需束，需要定要定义数据等数据等.u在在ARM的的汇编程序中，我程序中，我们把把伪指令分指令分为三部分三部分介介绍:l通用通用伪指令指令l与与ARM指令相关的指令相关的伪指令指令l与与Thumb指令相关的指令相关的伪指令指令4.1伪指令伪指令4.1.1通用伪指令通用伪指令通用通用伪指令包括指令包括:u符号定符号定义伪指令指令u数据定数据定义伪指令指令u汇编控制控制伪指令指令u及其他一些常用及其他一些常用伪指令等。指令等。4.1.1通用伪指令通用伪指令1.符号定符号定义伪指令指令符号定符号定义伪指令用于声明指令用于声明ARM汇编程序中的程序中的变量、量、对变量量赋值以及定以及定义寄存器的名称等操作。寄存器的名称等操作。常常见的符号定的符号定义伪指令有如下几种：指令有如下几种：（1）GBLA、GBLL和和GBLS语法格式：法格式：GBLA（GBLL或或GBLS）全局全局变量名量名GBLA、GBLL和和GBLS伪指令是声明全局指令是声明全局变量的量的伪指令，指令，用于定用于定义一个一个ARM程序中的全局程序中的全局变量，并将其初始化。量，并将其初始化。4.1.1通用伪指令通用伪指令其中：其中：uGBLA用于声明一个全局的数字用于声明一个全局的数字变量，并初始化量，并初始化为0；uGBLL伪指令用于声明一个全局的指令用于声明一个全局的逻辑变量，并初始化量，并初始化为F（假）；（假）；uGBLS伪指令用于声明一个全局的字符串指令用于声明一个全局的字符串变量，并初始化量，并初始化为空；空；对于全局于全局变量来量来说，变量名在源程序中必量名在源程序中必须是唯一的。是唯一的。1.符号定义伪指令符号定义伪指令符号定义伪指令用于声明符号定义伪指令用于声明ARM汇编程序中的变量、汇编程序中的变量、对变量赋值以及定义寄存器的名称等操作。对变量赋值以及定义寄存器的名称等操作。常见的符号定义伪指令有如下几种：常见的符号定义伪指令有如下几种：（1）GBLA、GBLL和和GBLS4.1.1通用伪指令通用伪指令指令示例：指令示例：GBLADATE1；声明一个全局数字；声明一个全局数字变量量DATE1GBLLDATE1；声明一个全局；声明一个全局逻辑变量量DATE2GBLSDATA3；声明一个全局的字符串；声明一个全局的字符串变量量DATE3DATE3SETS“Testing”；将；将该变量量赋值为“Testing”4.1.1通用伪指令通用伪指令（2）LCLA、LCLL和和LCLS语法格式：法格式：LCLA（LCLL或或LCLS）局部局部变量名量名LCLA、LCLL和和LCLS伪指令是声明局部指令是声明局部变量量伪指令，指令，用于定用于定义一个一个ARM程序中的局部程序中的局部变量，并将其初始化。量，并将其初始化。其中：其中：uLCLA用于声明一个局部的数字用于声明一个局部的数字变量，并初始化量，并初始化为0；uLCLL用于声明一个局部的用于声明一个局部的逻辑变量，并初始化量，并初始化为F（假）（假）；uLCLS用于声明一个局部的字符串用于声明一个局部的字符串变量，并初始化量，并初始化为空。空。对于局部于局部变量来量来说，变量名在使用的范量名在使用的范围内必内必须是唯一是唯一的，范的，范围限制在定限制在定义这个个变量的宏指令程序段内。量的宏指令程序段内。4.1.1通用伪指令通用伪指令指令示例：指令示例：LCLADATE4；声明一个局部数字；声明一个局部数字变量量DATE4LCLLDATE5；声明一个局部的；声明一个局部的逻辑变量量DATE5DATA4SETL0 x10；为变量量DATE4赋值为0 x10LCLSDATA6；声明一个局部的字符串；声明一个局部的字符串变量量DATA64.1.1通用伪指令通用伪指令（3）SETA、SETL和和SETS语法格式：法格式：变量名量名SETA（SETL或或SETS）表达式）表达式SETA、SETL、SETS是是变量量赋值伪指令，用于指令，用于给一一个已个已经定定义的全局的全局变量或局部量或局部变量量赋值。其中：其中：uSETA用于用于给一个数学一个数学变量量赋值；uSETL用于用于给一个一个逻辑变量量赋值；uSETS用于用于给一个字符串一个字符串变量量赋值；4.1.1通用伪指令通用伪指令指令示例：指令示例：GBLAEXAMP1；先声明一个全局数字；先声明一个全局数字变量量EXAMP1EXAMP1SETA0 xaa；将；将变量量EXAMP1赋值为0 xaaLCLLEXAMP2；声明一个局部的；声明一个局部的逻辑变量量EXAMP2EXAMP1SETLTRUE；将；将变量量EXAMP1赋值为TRUEGBLAEXAMP3；先声明一个全局字符串；先声明一个全局字符串变量量EXAMP3EXAMP3SETS“string”；将；将变量量EXAMP3赋值为string4.1.1通用伪指令通用伪指令（4）RLIST语法格式：法格式：名称名称RLIST寄存器列表寄存器列表RLIST伪指令是定指令是定义通用寄存列表通用寄存列表伪指令，通用寄存指令，通用寄存器列表定器列表定义主要主要应用在堆用在堆栈操作或多寄存器操作或多寄存器传送中，送中，即使用即使用该伪指令定指令定义的名称可在的名称可在ARM指令指令LDM/STM中使用。中使用。在在LDM/STM指令中，列表中的寄存器指令中，列表中的寄存器访问次序次序为根根据寄存器的据寄存器的编号号由低到高由低到高，而与列表中的寄存器排列，而与列表中的寄存器排列次序无关。次序无关。4.1.1通用伪指令通用伪指令指令示例：指令示例：RegListRLISTR0-R5，R8；定；定义寄存器列表寄存器列表为RegList在程序中使用：在程序中使用：STMFDSP!,RegList；存；存储列表到堆列表到堆栈LDMIAR5,RegList；加；加载列表列表4.1.1通用伪指令通用伪指令2.数据定数据定义伪指令指令数据定数据定义伪指令一般用于指令一般用于为特定的数据分配存特定的数据分配存储单元，元，同同时可完成已分配存可完成已分配存储单元的初始化。常元的初始化。常见的数据定的数据定义伪指令有如下几种：指令有如下几种：（1）DCB语法格式：法格式：标号号DCB表达式表达式DCB伪指令是字指令是字节分配内存分配内存单元元伪指令，用来分配指令，用来分配一片一片连续的字的字节存存储单元并用元并用伪指令中指定的数指令中指定的数值或或字符初始化。其中，数字符初始化。其中，数值范范围为0255，DCB也可用也可用“=”代替。代替。4.1.1通用伪指令通用伪指令指令示例：指令示例：StringDCB“Thisisatest！”；分配一片；分配一片连续的字的字节存存储单元并初始化。元并初始化。DATA2DCB15,25,62,00；为数字常量数字常量15，25，62，00分片内存分片内存单元元4.1.1通用伪指令通用伪指令（2）DCW（或（或DCWU）语法格式：法格式：标号号 DCW（或（或DCWU）表达式）表达式DCW（或（或DCWU）伪指令是指令是为半字分配内存半字分配内存单元，元，其中，表达式可以其中，表达式可以为程序程序标号或数字表达式。号或数字表达式。伪指令指令DCW用于用于为半字分配一段半字半字分配一段半字对准的内存准的内存单元，并用指定的数据初始化；元，并用指定的数据初始化；伪指令指令DCWU用于用于为半字分配一段可以非半字半字分配一段可以非半字对准的内存准的内存单元，并用指定元，并用指定的数据初始化。的数据初始化。4.1.1通用伪指令通用伪指令指令示例：指令示例：DATA1DCW1,2,3；分配一片；分配一片连续的半字存的半字存储单元并初始化元并初始化为1，2，3。DATA2DCWU45,0 x2a*0 x2a；分配一片非半字；分配一片非半字对准存准存储单元并初始化。元并初始化。4.1.1通用伪指令通用伪指令（3）DCD（或（或DCDU）语法格式：法格式：标号号DCD（或（或DCDU）表达式表达式DCD（或（或DCDU）伪指令是指令是为字分配内存字分配内存单元元伪指令，其中，表达式可以指令，其中，表达式可以为程序程序标号或数字表达式。号或数字表达式。DCD也可用也可用“&”代替。代替。伪指令指令DCD用来用来为字分配一段字分配一段对准的内存准的内存单元，元，并用指定的数并用指定的数值或或标号初始化；号初始化；伪指令指令DCDU用来用来为字分配一段可以非字分配一段可以非对准的内存准的内存单元，并用指定的数元，并用指定的数值或或标号初始化。号初始化。4.1.1通用伪指令通用伪指令指令示例：指令示例：DATA1DCD4，5，6；分配一片；分配一片连续的字存的字存储单元并初始化。元并初始化。DATA2DCDULOOP；为LOOP标号的地址号的地址值分配一个内存分配一个内存单元。元。4.1.1通用伪指令通用伪指令（4）DCFD（或（或DCFDU）和）和DCFS（或（或DCFSU）语法格式：法格式：标号号伪指令指令表达式表达式uDCFD（或（或DCFDU）和）和DCFS（或（或DCFSU）都是）都是为浮点数分配浮点数分配内存内存单元的元的伪指令。指令。uDCFD用于用于为双精度的浮点数分配一段字双精度的浮点数分配一段字对准的内存准的内存单元，并元，并用指定的数据初始化，每个双精度的浮点数占两个字用指定的数据初始化，每个双精度的浮点数占两个字单元；元；DCFDU用于用于为双精度的浮点数分配一段非字双精度的浮点数分配一段非字对准的内存准的内存单元，元，并用指定的数据初始化，每个双精度的浮点数占两个字并用指定的数据初始化，每个双精度的浮点数占两个字单元；元；uDCFS用于用于为单精度的浮点数分配一段字精度的浮点数分配一段字对准的内存准的内存单元，并元，并用指定的数据初始化，每个用指定的数据初始化，每个单精度的浮点数占一个字精度的浮点数占一个字单元；元；uDCFSU用于用于为单精度的浮点数分配一段非字精度的浮点数分配一段非字对准的内存准的内存单元，元，并用指定的数据初始化，每个并用指定的数据初始化，每个单精度的浮点数占一个字精度的浮点数占一个字单元。元。4.1.1通用伪指令通用伪指令指令示例：指令示例：FLO1DCFD2E115，-5E7；分配一段字；分配一段字对准存准存储单元并初始化元并初始化为指定的双精度数指定的双精度数为2E115，-5E7。FLO2DCFDU22，1E2；分配一段非字；分配一段非字对准存准存储单元并初始化元并初始化为指定的双精度指定的双精度数数为22，1E2。FLO3DCFS2E5，-5E7；分配一段非字；分配一段非字对准存准存储单元并初始化元并初始化为指定的指定的单精度精度数数为2E5，-5E-7。4.1.1通用伪指令通用伪指令（5）DCQ(或或DCQU）语法格式：法格式：标号号DCQ（或（或DCQU）表达式）表达式DCQ（或（或DCQU）伪指令是指令是为双字分配内存双字分配内存单元的元的伪指令。指令。伪指令指令DCQ用于用于为双字分配一段字双字分配一段字对准的内存准的内存单元，并用指元，并用指定的数据初始化；定的数据初始化；伪指令指令DCQU用于用于为双字分配一段可以非双字分配一段可以非字字对准的内存准的内存单元，并用指定的数据初始化。元，并用指定的数据初始化。指令示例：指令示例：DATA1DCQ 100；分配一片；分配一片连续的存的存储单元并初始化元并初始化为指定的指定的值。4.1.1通用伪指令通用伪指令（6）MAP和和FILED语法格式：法格式：MAP 表达式，表达式，基址寄存器基址寄存器标号号FIELD表明数据字表明数据字节数的数数的数值MAP和和FILED是内存表定是内存表定义伪指令。指令。u伪指令指令MAP用于定用于定义一个一个结构化的内存表的首地址，构化的内存表的首地址，MAP也可用也可用“”代替；代替；u伪指令指令FIELD用于定用于定义内存表中的数据的内存表中的数据的长度。度。FILED也可用也可用“#”代替。代替。4.1.1通用伪指令通用伪指令u表达式可以表达式可以为程序中的程序中的标号或数学表达式，基址寄存号或数学表达式，基址寄存器器为可可选项，当基址寄存器，当基址寄存器选项不存在不存在时，表达式的，表达式的值即即为内存表的首地址，当内存表的首地址，当该选项存在存在时，内存表的，内存表的首地址首地址为表达式的表达式的值与基址寄存器的和。与基址寄存器的和。u注意注意MAP和和FIELD伪指令指令仅用于定用于定义数据数据结构，并不构，并不实际分配存分配存储单元。元。4.1.1通用伪指令通用伪指令指令示例：指令示例：MAP0 x10，R1；定；定义内存表首地址的内存表首地址的值为R1+0 x10。DATA1FIELD4；为数据数据DATA1定定义4字字节长度度DATA2FIELD16；为数据数据DATA1定定义16字字节长度度4.1.1通用伪指令通用伪指令（7）SPACE语法格式：法格式：标号号SPACE分配的内存分配的内存单元字元字节数数SPACE伪指令是内存指令是内存单元分配元分配伪指令，用于分配一片指令，用于分配一片连续的存的存储区域并初始化区域并初始化为0，SPACE也可用也可用“”代替。代替。指令示例：指令示例：DATASPASPACE100；为DATASPA分配分配100个存个存储单元元；并初始化；并初始化为04.1.1通用伪指令通用伪指令3.汇编控制控制伪指令指令汇编控制控制伪指令用于控制指令用于控制汇编程序的程序的执行流程，常用的行流程，常用的汇编控制控制伪指令包括以下几条：指令包括以下几条：（1）MACRO、MEND和和MEXIT语法格式：法格式：MACRO$标号号 宏名宏名$参数参数1，$参数参数2，语句段句段MEXIT语句段句段MENDMACRO、MEND和和MEXIT都是宏定都是宏定义指令。指令。4.1.1通用伪指令通用伪指令u伪指令指令MACRO定定义一个宏一个宏语句段的开始；句段的开始；伪指令指令MEND定定义宏宏语句段的句段的结束；束；伪指令指令MEXIT可以可以实现从宏程序段的跳出。宏指令可以使用一个或多个参从宏程序段的跳出。宏指令可以使用一个或多个参数，当宏指令被展开数，当宏指令被展开时，这些参数被相些参数被相应的的值替替换。MACRO、MEND伪指令可以嵌套使用。指令可以嵌套使用。u宏宏是一段功能完整的程序，能是一段功能完整的程序，能够实现一个特定的功能，一个特定的功能，在使用中可以把它在使用中可以把它视为一个子程序。在其他程序中，一个子程序。在其他程序中，可以可以调用宏完成某个功能。用宏完成某个功能。4.1.1通用伪指令通用伪指令u调用宏是通用宏是通过调用宏的名称来用宏的名称来实现的。宏指令的使用的。宏指令的使用方式和功能与子程序有些相似，子程序可以提供模方式和功能与子程序有些相似，子程序可以提供模块化的程序化的程序设计、节省存省存储空空间并提高运行速度。并提高运行速度。u但在使用子程序但在使用子程序结构构时需要保需要保护现场，从而增加了系，从而增加了系统的开的开销，因此，在代，因此，在代码较短且需要短且需要传递的参数的参数较多多时，可以使用宏指令代替子程序。，可以使用宏指令代替子程序。调用宏的好用宏的好处是不是不占用占用传送参数的寄存器，不用保送参数的寄存器，不用保护现场。4.1.1通用伪指令通用伪指令指令示例：指令示例：MACRO；定；定义宏宏$DATA1MAX$N1,$N2；宏名称是；宏名称是MAX，主，主标号是号是$DATA1，两个参数，两个参数语句段句段；语句段句段$DATA1.MAY1；非主；非主标号，由主号，由主标号构成号构成语句段句段；语句段句段$DATA1.MAY2；非主；非主标号，由主号，由主标号构成号构成MEND；宏；宏结束束4.1.1通用伪指令通用伪指令（2）IF、ELSE、ENDIF语法格式：法格式：IF逻辑表达式表达式语句段句段1ELSE语句段句段2ENDIFlIF、ELSE、ENDIF伪指令是条件分支指令是条件分支伪指令，能根据条件的指令，能根据条件的成立与否决定是否成立与否决定是否执行某个行某个语句。句。伪指令指令IF可以可以对条件条件进行判行判断；断；伪指令指令ELSE产生分支；生分支；伪指令指令ENDIF定定义分支分支结束。束。l当当IF后面的后面的逻辑表达式表达式为真，真，则执行行语句段句段1，否，否则执行行语句段句段2。其中，。其中，ELSE及及语句段句段2可以没有，此可以没有，此时，当，当IF后面的后面的逻辑表表达式达式为真，真，则执行指令序列行指令序列1，否，否则继续执行后面的指令。行后面的指令。IF、ELSE、ENDIF伪指令可以嵌套使用。指令可以嵌套使用。4.1.1通用伪指令通用伪指令指令示例：指令示例：IFR0=0 x10；判断；判断R0中的内容是否是中的内容是否是0 x10ADD R0,R1,R2；如果；如果R0=0 x10，则执行行R0=R1+R2ELSEADD R0,R1,R3；如果；如果R00 x10，则执行行R0=R1+R3ENDIF4.1.1通用伪指令通用伪指令（3）WHILE、WEND语法格式：法格式：WHILE逻辑表达式表达式语句段句段WENDuWHILE、WEND伪指令是条件循指令是条件循环伪指令，能根据指令，能根据条件的成立与否决定是否循条件的成立与否决定是否循环执行某个行某个语句段。句段。伪指指令令WHILE对条件条件进行判断，行判断，满足条件循足条件循环，不，不满足足条件条件结束循束循环；伪指令指令WEND定定义循循环体体结束。束。u当当WHILE后面的后面的逻辑表达式表达式为真，真，则执行行语句段，句段，该语句段句段执行完行完毕后，再判断后，再判断逻辑表达式的表达式的值，若，若为真真则继续执行，一直到行，一直到逻辑表达式的表达式的值为假。假。4.1.1通用伪指令通用伪指令指令示例：指令示例：GBLA Cou1；声明一个全局的数学；声明一个全局的数学变量，量，变量名量名为CounterCou1SETA 1；为Cou1赋值1WHILECou110；判断；判断WHILECounter”、“=”、“=”、“/=”、“”运算符。运算符。以以A和和B表示两个表示两个逻辑表达式，以上的运算符代表表达式，以上的运算符代表的运算如下：的运算如下：A=B表示表示A等于等于B。AB表示表示A大于大于B。A=B表示表示A大于等于大于等于B。A=B表示表示A小于等于小于等于B。A/=B表示表示A不等于不等于B。XB表示表示A不等于不等于B。4.2.2汇编语言中表达式和运算符汇编语言中表达式和运算符指令示例指令示例：MOVR5,#0 xFF00:MOD:0 xF:ROL:2；R5寄存器里的内容寄存器里的内容为0 x00IFR5:LAND:R6=R7MOVR0,#0 x00ELSEMOVR0,#0 xFF；如果；如果R5R6、=、=、/=、）逻辑逻辑运算（运算（LAND、LOR、LEOR）表表4-3 运算符优先级运算符优先级4.3汇编程序应用汇编程序应用4.3.1汇编程序基本程序基本结构构下面是一个下面是一个汇编语言源程序的基本言源程序的基本结构：构：AREAexample,CODE,READONLY；定；定义代代码块为exampleENTRY；程序入口；程序入口StartMOVR0,#40；R0=40MOVR1,#16；R1=16ADDR2,R0,R1；R2=R0+R1MOVR0,#0 x18；传送到送到软件中断的参数件中断的参数LDRR1,=0 x20026；传送到送到软件中断的参数件中断的参数SWI0 x123456；通；通过软件中断指令返回件中断指令返回END；文件；文件结束束4.3.1汇编程序基本结构汇编程序基本结构uAREA伪指令定指令定义一个段，并一个段，并说明所定明所定义段的相关段的相关属性，本例定属性，本例定义一个名一个名为example的代的代码段，属性段，属性为只只读。uENTRY伪指令指令标识程序的入口点，接下来程序的入口点，接下来为语句句段。段。执行主代行主代码后，通后，通过返回控制返回控制终止止应用程序并用程序并返回到返回到DEBUG，通，通过使用使用软件中断指令件中断指令实现了返回。了返回。u在程序的末尾在程序的末尾为END伪指令，指令，该伪指令通知指令通知编译器器停止停止对源文件的源文件的处理，每一个理，每一个汇编程序段都必程序段都必须有有一条一条END伪指令，指示代指令，指示代码段的段的结束。束。4.3.2子程序调用子程序调用2.在在ARM汇编语言程序中，子程序的言程序中，子程序的调用一般是通用一般是通过BL指令来指令来实现的。的。3.指令格式：指令格式：BL子程序名子程序名该指令在指令在执行行时完成如下操作：将子程序的返回地完成如下操作：将子程序的返回地址存放在址存放在连接寄存器接寄存器LR中，同中，同时将程序将程序计数器数器PC指指向子程序的入口点，当子程序向子程序的入口点，当子程序执行完行完毕需要返回需要返回调用用处时，只需要将存放在，只需要将存放在LR中的返回地址重新拷中的返回地址重新拷贝给程序程序计数器数器PC（即：使用指令（即：使用指令MOVPC,LR）。）。4.3.2子程序调用子程序调用习惯上用寄存器上用寄存器R0R3来存放送到子程序的参来存放送到子程序的参数，然后从子程序返回数，然后从子程序返回时存放返回的存放返回的结果果给调用者。用者。下面下面给出的子程序，减出的子程序，减4个参数的个参数的值，用，用R0返回返回结果（即果（即实现R0=R0-R1-R2-R3）。）。4.3.2子程序调用子程序调用AREA Init，CODE，READONLY；定；定义一个代一个代码段段ENTRY；定；定义一个程序入口一个程序入口LOOP1 MOVR0,#412；给参数参数R0赋值680MOVR1,#106；给参数参数R1赋值25MOVR2,#64；给参数参数R2赋值101MOVR3,#195；给参数参数R3赋值91BLSUB1；调用子程序用子程序SUB1，同，同时将子程序的返回将子程序的返回；地址存放在；地址存放在连接寄存器接寄存器R14(LR)中。中。MOVR0,#0 x18；传送到送到软件中断的参数件中断的参数LDRR1,=0 x20026；传送到送到软件中断的参数件中断的参数SWI0 x123456；通；通过软件中断指令返回件中断指令返回SUB1SUBR0,R0,R1；子程序代；子程序代码SUBR0,R0,R2SUBR0,R0,R3MOVPC,LR；从子程序返回；从子程序返回END4.4汇编语言与汇编语言与C/C+的混合编程的混合编程在在应用系用系统的程序的程序设计中，若所有的中，若所有的编程任程任务均用均用汇编语言来完成，其工作量是可想而知的。事言来完成，其工作量是可想而知的。事实上，上，ARM体系体系结构支持构支持C/C以及与以及与汇编语言的混合言的混合编程，程，在一个完整的程序在一个完整的程序设计的中，除了初始化部分用的中，除了初始化部分用汇编语言完成以外，其主要的言完成以外，其主要的编程任程任务一般都用一般都用C/C+完完成。成。汇编语言与言与C/C+的混合的混合编程通常有以下几种程通常有以下几种方式方式：l在在C/C代代码中嵌入中嵌入汇编指令。指令。l在在汇编程序和程序和C/C的程序之的程序之间进行行变量的互量的互访。l汇编程序、程序、C/C程序程序间的相互的相互调用。用。4.4汇编语言与汇编语言与C/C+的混合编程的混合编程在以上的几种混合在以上的几种混合编程技程技术中，必中，必须遵守一定的遵守一定的调用用规则：这里所指的是里所指的是ATPCS规则，PCS即即ProcedureCallStandard（过程程调用用规范），范），ATPCS即即ARM-THUMBprocedurecallstandard。PCS规定了定了应用程用程序的函数可以如何分开地写，分开地序的函数可以如何分开地写，分开地编译，最后将它，最后将它们连接在一起，所以它接在一起，所以它实际上定上定义了一套有关了一套有关过程程（函数）（函数）调用者与被用者与被调用者之用者之间的的协议。4.4汇编语言与汇编语言与C/C+的混合编程的混合编程uPCS强制制实现如下如下约定定：调用函数如何用函数如何传递参数（即参数（即压栈方法，以何种方式存放参数），被方法，以何种方式存放参数），被调用函数如何用函数如何获取参数，以何种方式取参数，以何种方式传递函数返回函数返回值。uPCS的制的制订是一系列指是一系列指标的的“tradeoff（折衷）（折衷）”（因（因为很大程度上涉及系很大程度上涉及系统的一些性能），如：会涉的一些性能），如：会涉及生成代及生成代码的大小，的大小，调试功能的支持，函数功能的支持，函数调用上下用上下文文处理速度以及内存消耗等。理速度以及内存消耗等。u当然，通当然，通过编译器的支持可以器的支持可以让生成的代生成的代码有不同的有不同的特性，如：特性，如：gcc编译选项可以支持或不支持可以支持或不支持framepointer来支持深入来支持深入调试功能或提高程序运行性能。功能或提高程序运行性能。4.4汇编语言与汇编语言与C/C+的混合编程的混合编程u基本基本ATPCS规定了在子程序定了在子程序调用用时的一些基本的一些基本规则，包括以下三个方面的内容：各寄存器的使用包括以下三个方面的内容：各寄存器的使用规则及其及其相相应的名字；数据的名字；数据栈的使用的使用规则；参数；参数传递的的规则。u相相对于其他于其他类型的型的ATPCS，满足基本足基本ATPCS的程序的程序的的执行速度更快，所占用的内存更少。但是它不能提行速度更快，所占用的内存更少。但是它不能提供以下的支持供以下的支持ARM程序和程序和THUMB程序相互程序相互调用；数用；数据以及代据以及代码的位置无关；子程序的可重入性；数据的位置无关；子程序的可重入性；数据栈检查等。等。4.4汇编语言与汇编语言与C/C+的混合编程的混合编程1.各寄存器的使用各寄存器的使用规则（1）子程序通）子程序通过寄存器寄存器R0R3来来传递参数。参数。这时寄存寄存器可以器可以记作：作：A0A3，被，被调用的子程序在返回前无用的子程序在返回前无需恢复寄存器需恢复寄存器R0R3的内容。的内容。（2）在子程序中，使用）在子程序中，使用R4R11来保存局部来保存局部变量量,这时寄寄存器存器R4R11可以可以记作：作：V1V8。如果在子程序中使。如果在子程序中使用到用到V1V8的某些寄存器，子程序的某些寄存器，子程序进入入时必必须保存保存这些寄存器的些寄存器的值，在返回前必，在返回前必须恢复恢复这些寄存器的些寄存器的值，对于子程序中没有用到的寄存器于子程序中没有用到的寄存器则不必不必执行行这些操作。些操作。在在THUMB程序中，通常只能使用寄存器程序中，通常只能使用寄存器R4R7来保来保存局部存局部变量。量。（3）寄存器）寄存器R12用作子程序用作子程序间scratch寄存器，寄存器，记作作ip；在子程序的在子程序的连接代接代码段中段中经常会有常会有这种使用种使用规则。4.4汇编语言与汇编语言与C/C+的混合编程的混合编程（4）寄存器）寄存器R13用作数据用作数据栈指指针，记做做SP；在子程序；在子程序中寄存器中寄存器R13不能用做其他用途。不能用做其他用途。寄存器寄存器SP在在进入子入子程序程序时的的值和退出子程序和退出子程序时的的值必必须相等。相等。（5）寄存器）寄存器R14用作用作连接寄存器，接寄存器，记作作lr；它用于保存；它用于保存子程序的返回地址，如果在子程序中保存了返回地址，子程序的返回地址，如果在子程序中保存了返回地址，则R14可用作其它的用途。可用作其它的用途。（6）寄存器）寄存器R15是程序是程序计数器，数器，记作作PC；它不能用作；它不能用作其他用途。其他用途。（7）ATPCS中的各寄存器在中的各寄存器在ARM编译器和器和汇编器中都器中都是是预定定义的。的。4.4汇编语言与汇编语言与C/C+的混合编程的混合编程2.数据数据栈的使用的使用规则ATPCS规定数据定数据栈为满递减减类型。并型。并对数据数据栈的的操作是操作是8字字节对齐的，下面是一个数据的，下面是一个数据栈的示例及相的示例及相关的名关的名词。（1）数据）数据栈栈指指针（stackpointer），其指向最后一），其指向最后一个写入个写入栈的数据的内存地址。的数据的内存地址。（2）数据）数据栈的基地址（的基地址（stackbase），是指数据），是指数据栈的最的最高地址。由于高地址。由于ATPCS中的数据中的数据栈是是FD类型的，型的，实际上数据上数据栈中最早入中最早入栈数据占据的内存数据占据的内存单元是基地址的元是基地址的下一个内存下一个内存单元。元。4.4汇编语言与汇编语言与C/C+的混合编程的混合编程（3）数据）数据栈界限（界限（stacklimit），是指数据），是指数据栈中可以中可以使用的最低的内存使用的最低的内存单元地址。元地址。（4）已占用的数据）已占用的数据栈（usedstack），是指数据），是指数据栈的的基地址和数据基地址和数据栈栈指指针之之间的区域，其中包括数据的区域，其中包括数据栈栈指指针对应的内存的内存单元。元。（5）数据）数据栈中的数据中的数据帧(stackframes)，是指在数据，是指在数据栈中中,为子程序分配的用来保存寄存器和局部子程序分配的用来保存寄存器和局部变量的区域。量的区域。异常中断的异常中断的处理程序可以使用被中断程序的数据理程序可以使用被中断程序的数据栈，这时用用户要保要保证中断的程序数据中断的程序数据栈足足够大。大。4.4汇编语言与汇编语言与C/C+的混合编程的混合编程3.参数的参数的传递规则根据参数个数是否固定，可以将子程序分根据参数个数是否固定，可以将子程序分为参数个参数个数固定的子程序和参数个数可数固定的子程序和参数个数可变的子程序。的子程序。（1）参数个数可）参数个数可变的子程序参数的子程序参数传递规则对于参数个数可于参数个数可变的子程序，当参数不超的子程序，当参数不超过4个个时，可，可以使用寄存器以使用寄存器R0R3来来进行参数行参数传递，当参数超，当参数超过4个个时，还可以使用数据可以使用数据栈来来传递参数。在参数参数。在参数传递时，将所有参数看做是存放在将所有参数看做是存放在连续的内存的内存单元中的字数据。元中的字数据。然后，依次将各名字数据然后，依次将各名字数据传送到寄存器送到寄存器R0、R1、R2、R3；如果参数多于；如果参数多于4个，将剩余的字数据个，将剩余的字数据传送到数据送到数据栈中，入中，入栈的的顺序与参数序与参数顺序相反，即最后一个字数序相反，即最后一个字数据先入据先入栈。按照上面的。按照上面的规则，一个浮点数参数可以通，一个浮点数参数可以通过寄存器寄存器传递，也可以通，也可以通过数据数据栈传递，也可能一半，也可能一半通通过寄存器寄存器传递，另一半通，另一半通过数据数据栈传递。4.4汇编语言与汇编语言与C/C+的混合编程的混合编程（2）参数个数固定的子程序参数）参数个数固定的子程序参数传递规则对于参数个数固定的子程序，参数于参数个数固定的子程序，参数传递与参数个数与参数个数可可变的子程序参数的子程序参数传递规则不同，如果系不同，如果系统包含浮点包含浮点运算的硬件部件，浮点参数将按照下面的运算的硬件部件，浮点参数将按照下面的规则传递：各个浮点参数按各个浮点参数按顺序序处理；理；为每个浮点参数分配每个浮点参数分配FP寄寄存器；分配的方法是存器；分配的方法是满足足该浮点参数需要的且浮点参数需要的且编号最号最小的一小的一组连续的的FP寄存器。第一个整数参数通寄存器。第一个整数参数通过寄存寄存器器R0R3来来传递，其他参数通，其他参数通过数据数据栈传递。4.4汇编语言与汇编语言与C/C+的混合编程的混合编程4.子程序子程序结果返回果返回规则（1）结果果为一个一个32位的整数位的整数时,可以通可以通过寄存器寄存器R0返回。返回。（2）结果果为一个一个64位整数位整数时,可以通可以通过R0和和R1返回，返回，依此依此类推。推。（3）对于位数更多的于位数更多的结果果,需要通需要通过调用内存来用内存来传递。4.4汇编语言与汇编语言与C/C+的混合编程的混合编程如果按照上述的方法，就如果按照上述的方法，就过于繁于繁琐。在。在实际的的编程程应用中，使用用中，使用较多的方式是：多的方式是：程序的初始化部分用程序的初始化部分用汇编语言完成，然后用言完成，然后用C/C完成主要的完成主要的编程任程任务，程序在，程序在执行行时首先完成初始化首先完成初始化过程，然后跳程，然后跳转到到C/C程序代程序代码中，中，汇编程序和程序和C/C程序之程序之间一般没有参数的一般没有参数的传递，也没有，也没有频繁繁的相互的相互调用，因此，整个程序的用，因此，整个程序的结构构显得相得相对简单，容易理解。容易理解。4.4.1在在C/C+程序中内嵌汇编指令的语法格式程序中内嵌汇编指令的语法格式在在ARMC语言程序中使用关言程序中使用关键字字_asm来来标识一段一段汇编指令程序，指令程序，其用法如下：其用法如下：_asminstruction;instruction汇编语言程序段以及注言程序段以及注释instruction其中，如果一行中有多个其中，如果一行中有多个汇编指令，指令之指令，指令之间使用分号使用分号“；”隔隔开；如果一条指令占多行，使用开；如果一条指令占多行，使用续行符号行符号”表示接表示接续；在；在汇编指令段中可以使用指令段中可以使用C语言的注言的注释语句。句。在在ARMC/C+程序中程序中还可以使用关可以使用关键词asm来内嵌一段来内嵌一段汇编程序，程序，其格式如下：其格式如下：asm(“instruction;instruction”);其中，其中，asm后面括号中必后面括号中必须是一条是一条汇编语句，且其不能包含注句，且其不能包含注释语句。句。4.4.2C/C+与汇编语言的混合编程应用与汇编语言的混合编程应用这里主要里主要讨论C/C+和和汇编的混合的混合编程，包括相互之程，包括相互之间的函数的函数调用。下面分五种情况来用。下面分五种情况来进行行讨论。1在在C语言中内嵌言中内嵌汇编在在C中内嵌的中内嵌的汇编指令包含大部分的指令包含大部分的ARM和和Thumb指令，不指令，不过其使用与其使用与汇编文件中的指令有些不同，存文件中的指令有些不同，存在一些限制，主要有下面几个方面：在一些限制，主要有下面几个方面：（1）不能直接向）不能直接向PC寄存器寄存器赋值，程序跳，程序跳转要使用要使用B或或者者BL指令。指令。（2）在使用物理寄存器）在使用物理寄存器时，不要使用，不要使用过于复于复杂的的C表达表达式，避免物理寄存器冲突。式，避免物理寄存器冲突。（3）R12和和R13可能被可能被编译器用来存放中器用来存放中间编译结果，果，计算表达式算表达式值时可能将可能将R0R3、R12及及R14用于子程用于子程序序调用，因此要避免直接使用用，因此要避免直接使用这些物理寄存器。些物理寄存器。4.4.2C/C+与汇编语言的混合编程应用与汇编语言的混合编程应用（4）一般不要直接指定物理寄存器，而）一般不要直接指定物理寄存器，而让编译器器进行分配。行分配。下面通下面通过一个例子来一个例子来说明如何在明如何在C中内嵌中内嵌汇编语言：言：#includevoidmy_strcpy(constchar*src，char*dest)/声明一个函数声明一个函数charch;/声明一个字符型声明一个字符型变量量_asm/调用关用关键词_asmLOOP；循；循环入口入口LDRBCH，SRC，#1；Thumb指令，指令，chsrc+1.将无符将无符；号；号src地址的数地址的数+1送入送入chSTRBCH，dest，#1；Thumb指令，指令，dest+1ch，；将无符号；将无符号CH数据送入数据送入dest+1存存储CMPCH，#0；比；比较CH是否是否为零，否零，否则循循环。；总共循共循环256次次BNELOOP；B指令跳指令跳转，NE为Z位清零不相等位清零不相等4.4.2C/C+与汇编语言的混合编程应用与汇编语言的混合编程应用intmain()；C语言主程序言主程序char*a=forgetitandmoveon!;/声明字符型指声明字符型指针变量量charb64;/字符型数字符型数组my_strcpy(a，b);/调用子函数，用子函数，进行复制行复制printf(original:%s，a);/屏幕屏幕输出，出，a的数的数值printf(copyed:%s，b);/屏幕屏幕输出，出，b的数的数值return0;在在这里里C和和汇编之之间的的值传递是用是用C的指的指针来来实现的，的，因因为指指针对应的是地址，所以的是地址，所以汇编中也可以中也可以访问。4.4.2C/C+与汇编语言的混合编程应用与汇编语言的混合编程应用2在在汇编中使用中使用C程序全局程序全局变量量内嵌内嵌汇编不用不用单独独编辑汇编语言文件，比言文件，比较简洁，但是有但是有诸多限制，当多限制，当汇编的代的代码较多多时一般放在一般放在单独独的的汇编文件中。文件中。这时就需要在就需要在汇编和和C之之间进行一些行一些数据的数据的传递，最，最简便的便的办法就是使用全局法就是使用全局变量。具体量。具体的的汇编程序中程序中访问方法如下：方法如下：（1）使用）使用IMPORT伪操作声明操作声明该全局全局变量。量。（2）使用）使用LDR指令指令读取取该全局全局变量的内存地址，通常量的内存地址，通常该全局全局变量的内存地址量的内存地址值存放在程序的数据存放在程序的数据缓冲池中冲池中（Literalpool）。）。（3）根据）根据该数据的数据的类型，使用相型，使用相应的的LDR/STR指令指令读取取/修改修改该全局全局变量的量的值。4.4.2C/C+与汇编语言的混合编程应用与汇编语言的混合编程应用下面通下面通过一个例子来一个例子来说明如何在明如何在汇编程序中程序中访问C程序全局程序全局变量。量。AREAasmfile,CODE,READONLY；建立一个；建立一个汇编程序段程序段EXPORTasmDouble；声明可以被；声明可以被调用的用的汇编函数函数asmDoubleIMPORTgVar_1；调用用C语言中声明的全局言中声明的全局变量量asmDouble；汇编子函数入口子函数入口LDRR0,=gVar_1；将等于；将等于gVar_1地址的数据送入地址的数据送入R0寄存器寄存器LDRR1,R0；将；将R0中的中的值为地址的数据送地址的数据送给R1。MOVR2,#10；将立即数；将立即数2送送给R2ADDR3,R1,R2；R3=R1+R2，实现了了gVar_1=gVar_1+10STRR3,R0；将；将R3中的数据送中的数据送给R0MOVPC,LR；子程序返回；子程序返回END4.4.2C/C+与汇编语言的混合编程应用与汇编语言的混合编程应用3C程序中程序中调用用汇编的函数的函数在在C程序中程序中调用用汇编文件中的函数，主要工作有两文件中的函数，主要工作有两个：一是在个：一是在C中声明函数原型，并加中声明函数原型，并加extern关关键字；字；二是在二是在汇编中用中用EXPORT导出函数名，并用出函数名，并用该函数名函数名作作为汇编代代码段的段的标识，最后用，最后用MOVPC，LR返回。返回。然后，就可以在然后，就可以在C程序中使用程序中使用该函数了。函数了。下面是一个下面是一个C程序程序调用用汇编程序的例子，其中程序的例子，其中汇编程序程序strcpy实现字符串复制功能，字符串复制功能，C程序程序调用用strcpy完成字完成字符串复制的工作。符串复制的工作。4.4.2C/C+与汇编语言的混合编程应用与汇编语言的混合编程应用/*C程序程序*/#includeexternvoidasm_strcpy(constchar*src，char*dest);/声明可以被声明可以被调用的函数用的函数intmain()/C语言主函数言主函数constchar*s=seasonsinthesun;/声明字符型指声明字符型指针变量量chard32;/声明字符型数声明字符型数组asm_strcpy(s,d);/调用用汇编子函数子函数printf(source:%s,s);/屏幕屏幕显示，示，S的的值printf(destination:%s,d);/屏幕屏幕显示，示，d的的值。return0;4.4.2C/C+与汇编语言的混合编程应用与汇编语言的混合编程应用;汇编语言程序段言程序段AREAasmfile,CODE,READONLY；声明；声明汇编语言程序段言程序段EXPORTasm_strcpy；声明可被；声明可被调用函数名称用函数名称asm_strcpy；函数入口地址；函数入口地址LOOP；循；循环标志条志条LDRBR4，R0，#1；R0的地址加的地址加1后送后送给R4CMPR4，#0；比；比较R4是否是否为零零BEQOVER；为零跳零跳转到到结束束STRBR4，R1，#1；R4的的值送入送入R1加加1地址地址BLOOP；跳；跳转到循到循环位置位置OVER；跳出；跳出标志位志位MOVPC，LR；子函数返回；子函数返回END4.4.2C/C+与汇编语言的混合编程应用与汇编语言的混合编程应用4在在汇编程序中程序中调用用C的函数的函数在在汇编中中调用用C的函数，需要在的函数，需要在汇编中使用中使用伪指令指令IMPORT声明将要声明将要调用的用的C函数。函数。下面是一个下面是一个汇编程序程序调用用C程序的例子。其中在程序的例子。其中在汇编程序程序中中设置好各参数的置好各参数的值，本例有，本例有5个参数，分个参数，分别使用寄存器使用寄存器R0存放第存放第1个参数，个参数，R1存放第存放第2个参数，个参数，R2存放第存放第3个参数。个参数。4.4.2C/C+与汇编语言的混合编程应用与汇编语言的混合编程应用EXPORTasmfile;可被可被调用的用的汇编段段AREAasmfile,CODE,READONLY;声明声明汇编程序段程序段IMPORTcFun;声明声明调用用C语言的言的cFun函数函数ENTRY;主程序起始入口主程序起始入口MOVR0，#11;将将11放入放入R0MOVR1，#22;将将22放入放入R1MOVR2，#33;将将33放入放入R2BLcFun;调用用C语言子函数言子函数END/*C语言函数，言函数，被被汇编语言言调用用*/intcFun(inta，intb，intc)/声明一个函数声明一个函数returna+b+c;/返回返回a+b+c的的值4.4.2C/C+与汇编语言的混合编程应用与汇编语言的混合编程应用5C+嵌入式系嵌入式系统中中应用用C+和和C是可以互相是可以互相调用的，并且可以灵活的用的，并且可以灵活的进行行汇编语言、言、C语言、言、C+语言的混合言的混合调用。用。前面前面讲述了述了C语言与言与汇编语言的互相言的互相调用，在用，在这里我里我们将将讨论C+和和C语言的互相言的互相调用。当用。当C+与与C互相互相调用用是必是必须使用使用伪指令指令“extern“C”.”，例如，例如，extern“C”include“cHeadfile.h”。externC包含双重含包含双重含义，其一：被它修，其一：被它修饰的目的目标是是“extern”的；其二：被它修的；其二：被它修饰的目的目标是是“C”的。的。（1）被）被extern“C”限定的函数或限定的函数或变量是量是extern类型的型的extern是是C/C+语言中表明函数和全局言中表明函数和全局变量作用范量作用范围（可（可见性）的关性）的关键字，字，该关关键字告字告诉编译器，其声明器，其声明的函数和的函数和变量可以在本模量可以在本模块或其他模或其他模块中使用。中使用。4.4.2C/C+与汇编语言的混合编程应用与汇编语言的混合编程应用例如：例如：externinta；此；此语句句仅仅是在声明一个是在声明一个变量，并量，并不是定不是定义变量量a，并未，并未为a分配内存空分配内存空间。变量量a在所在所有模有模块中作中作为一种全局一种全局变量只能被定量只能被定义一次，否一次，否则会会出出现连接接错误。通常，在模通常，在模块的的头文件中文件中对模模块提供提供给其他模其他模块引用引用的函数和全局的函数和全局变量以关量以关键字字extern声明。例如，如果声明。例如，如果模模块B欲引用欲引用该模模块A中定中定义的全局的全局变量和函数量和函数时只只需包含模需包含模块A的的头文件即可。文件即可。这样，模，模块B中中调用模用模块A中的函数中的函数时，在，在编译阶段，模段，模块B虽然找不到然找不到该函数，但是并不会函数，但是并不会报错，它会在，它会在连接接阶段中从模段中从模块A编译生成的目生成的目标代代码中找到此函数。中找到此函数。4.4.2C/C+与汇编语言的混合编程应用与汇编语言的混合编程应用与与extern对应的关的关键字是字是static，被它修，被它修饰的全局的全局变量和量和函数只能在本模函数只能在本模块中使用。因此，一个函数或中使用。因此，一个函数或变量只量只可能被本模可能被本模块使用使用时，其不可能被，其不可能被extern“C”修修饰。（2）被）被externC修修饰的的变量和函数是按照量和函数是按照C语言方式言方式编译和和连接的。接的。作作为一种面向一种面向对象的象的语言，言，C+支持函数重支持函数重载，而，而过程程式式语言言C则不支持。函数被不支持。函数被C+编译后在符号后在符号库中的中的名字与名字与C语言的不同。例如，假言的不同。例如，假设某个函数的原型某个函数的原型为：voidfoo(intx,inty);4.4.2C/C+与汇编语言的混合编程应用与汇编语言的混合编程应用该函数被函数被C编译器器编译后在符号后在符号库中的名字中的名字为_foo，而，而C+编译器器则会会产生像生像_foo_int_int之之类的名字（不同的名字（不同的的编译器可能器可能产生的名字不同，但是都采用了相同的生的名字不同，但是都采用了相同的机制）。机制）。_foo_int_int这样的名字包含了函数名、函数的名字包含了函数名、函数参数数量及参数数量及类型信息，型信息，C+就是靠就是靠这种机制来种机制来实现函函数重数重载的。例如，在的。例如，在C+中，函数中，函数voidfoo(intx,inty)与与voidfoo(intx,floaty)编译产生的符号是不相同的，生的符号是不相同的，后者后者为_foo_int_float。4.4.2C/C+与汇编语言的混合编程应用与汇编语言的混合编程应用（3）externC的的惯用法用法在在C+中引用