实验十四 ARM 混合语言程序设计

RM编程中使用的C语言是标准C语言，ARM的开发环境实际上就是嵌入了一个C语言的集成开发环境，只不过这个开发环境与ARM的硬件紧密相关。 在使用C语言时，要用到和汇编语言的混合编程。若汇编代码较为简洁，则可使用直接内嵌汇编的方法；否则要将汇编程序以文件的形式加入到项目中，按照ATPCS(ARM/Thumb过程调用标准，ARM/Thumb Procedure Call Standard)的规定与C程序相互调用与访问。 在C程序和ARM汇编程序之间相互调用时必须遵守ATPCS规则。ATPCS规定了一些子程序间调用的基本规则，哪寄存器的使用规则，堆栈的使用规则和参数的传递规则等。 ### 实验十四 ARM 混合语言程序设计 #### 实验背景及意义 在现代嵌入式系统开发中，ARM架构因其低功耗、高性能等特点而被广泛应用。ARM处理器支持两种编程模式：C语言和汇编语言。通常情况下，开发者会使用C语言进行程序的主要逻辑编写，而在某些对性能要求较高或需要直接操作硬件的情况下，则会采用汇编语言。为了更好地结合这两种语言的优势，本实验将探讨如何在ARM平台上实现C语言与汇编语言的混合编程。 #### 实验目标 1. **掌握如何使用ADS1.2编写混合语言程序**：了解并实践如何在ARM开发工具ADS1.2环境下，结合C语言和汇编语言进行编程。 2. **考核点**： - 掌握在C语言中嵌入汇编语言的方法。 - 掌握汇编程序调用C语言函数的技术。 #### 实验环境 - **硬件环境**： - CPU：Intel Pentium III 500MHz 或以上； - RAM：256MB 或以上； - 硬盘：至少有 6GB 或以上的空余磁盘空间。 - **软件环境**： - 安装有ADS1.2软件。 #### 实验内容 ##### 1. 在C和C++语言中嵌入汇编语言的方法 在C语言中嵌入汇编语言是一种常见的技术，可以用来优化特定部分的代码或直接访问硬件资源。ARM平台支持通过`__asm`关键字来插入汇编指令。 **示例**： ```c #include <stdio.h> void my_strcpy(char* src, const char* dst) { int ch; __asm { loop: LDRB ch, [src], #1 STRB ch, [dst], #1 CMP ch, #0 BNE loop }; } int main(void) { const char* a = "Hello World!"; char b[20]; __asm { MOV R0, a MOV R1, b BL my_strcpy, {R0, R1} }; printf("Original String: %s\n", a); printf("Copied String: %s\n", b); return 0; } ``` **解析**： - `my_strcpy`函数中使用了嵌入式汇编代码来复制字符串。 - `LDRB`：加载一个字节到寄存器ch中，并更新源地址src。 - `STRB`：将ch中的字节存储到目标地址dst，并更新目标地址。 - `CMP`：比较ch中的值是否为0。 - `BNE`：如果不等于0，则跳回到循环开始。 - `main`函数中通过`__asm`关键字调用了`my_strcpy`函数，并传递了两个字符串地址作为参数。 ##### 2. 汇编语言调用C函数 当需要从汇编语言中调用C语言函数时，通常需要遵循ATPCS（ARM/Thumb过程调用标准），以确保参数的正确传递和其他调用约定的一致性。 **示例**： **C程序g()**：返回5个整数的和。 ```c int g(int a, int b, int c, int d, int e) { return a + b + c + d + e; } ``` **汇编程序调用C程序g()**：计算5个整数i, 2*i, 3*i, 4*i, 5*i的和。 ```assembly EXPORT f AREA f, CODE, READONLY IMPORT g ; 使用伪操作数 IMPORT 声明 C 程序 g() ENTRY STR lr, [sp,#-4]! ; 保存返回地址 ADD r1, r0, r0 ; r1 值设为 2*i ADD r2, r1, r0 ; r2 的值设为 3*i ADD r3, r1, r2 ; r3 的值设为 5*i STR r3, [sp, #-4]! ; 第五个参数 5*i 通过数据栈传递 ADD r3, r1, r1 ; r4 值设为 4*i BL g ; 调用 C 程序 g() ADD sp, sp, #4 ; 调整数据栈指针，准备返回 LDR pc, [sp], #4 ; 返回 END ``` **解析**： - 在汇编程序中通过`IMPORT`伪指令声明了C语言函数`g`。 - 参数传递通过寄存器（前四个参数）和堆栈（第五个参数）完成。 - `BL`指令用于调用C语言函数`g`。 #### 实验记录内容 1. **源字符串首地址**：0x0001 - 目标字符串首地址：0x0001 2. **函数my_strcpy()中各汇编指令的功能**： - `LDRB ch, [src], #1`：加载一个字节到寄存器ch中，并更新源地址src。 - `STRB ch, [dst], #1`：将ch中的字节存储到目标地址dst，并更新目标地址。 - `CMP ch, #0`：比较ch中的值是否为0。 - `BNE loop`：如果不等于0，则跳回到循环开始。 3. **主程序main()函数中，各汇编指令的功能**： - `MOV R0, a`：将a的地址赋值给寄存器R0。 - `MOV R1, b`：将b的地址赋值给寄存器R1。 - `BL my_strcpy, {R0, R1}`：跳转到`my_strcpy`函数，并传递参数R0和R1。 通过本次实验，我们不仅学会了如何在ARM平台上实现C语言与汇编语言的混合编程，还深入了解了ATPCS的过程调用标准以及参数传递的具体方法。这对于进一步优化嵌入式系统的性能具有重要意义。