Cortext-M3系列：M3的底层编程（7）
1、概览
在CM3上编程，既可以使用C也可以使用汇编，keil也支持C++，但是大多数人还是会在C与汇编。C与汇编都“尺有所短，寸有所长”，不能互相取代。使用C能开发大型程序，而汇编则用于执行特种任务。
1.1 使用汇编
如果工程比较小，使用纯汇编常常是可行的，而且能使我们随心所欲地优化和控制程序。不过，这么一来的开发周期会变长。尤其是当工程变大，需要处理比较复杂的数据结构，以及要管理函数库时，汇编那狰狞的真面目就会渐显出来：各种地址和间接引用千头万绪；bug劈头盖脸；甚至好几天都改不完，工作量激增，简直就是自虐。（汇编狗都不用，有时候，我们连狗都不如）
不论如何，时间宝贵。我们应该以C来实现程序的大框架，而本着好钢用在刀刃上的原则来使用汇编，因为只有在不多的特殊场合是适合使用汇编，甚至是非使用汇编语言不可的，它们包括：
无法用C写成的函数，如操作特殊功能寄存器，以及实施互斥访问。
在危急关头执行处理的子程序（如，NMI服务例程）。
存储器极度受限，只有使用汇编才可能把程序或数据挤进去。
执行频率非常高的子程序，如操作系统的调度程序。
与处理器体系结构相关的子程序，如上下文切换。
对性能要求极高的应用，如防空炮的火控系统。
1.2 使用C
用C写的程序可以移植，并且操作复杂数据结构时远远比汇编方便。但因为C是一种通用语言——至少是低等高级语言，它并不指定如何初始化具体的处理器（用于在main执行前准备好执行环境）。解决这个问题时，不同的工具链都有自己的一套方法。
尽管在使用了C后，大大加速了开发，但是底层的系统控制往往还需要汇编代码。很多编译器都允许我们直接在C代码中插汇编，称为“内联汇编”；另外还允许我们写独立的汇编模块，与编译后的C模块一起连接。以往，使用内联汇编的作法比较多，但是在ARM编译器中，不支持对Thumb-2指令的内联汇编。取而代之的，是从RealView C编译器的3.0版开始，新增了所谓“嵌入式汇编”的功能，它支持Thumb-2指令。它让我们可以在C程序中插入使用汇编语言编写的函数，例如：
_asm void SetFaultMask(unsigned int new_value)
{
//在这里使用汇编代码实现本函数
MSR FAULTMASK, new_value //把new_value写入FAULTMASK中BX LR //返回主程序（不可省略）
}RealView C编译器对嵌入式汇编的详细论述，在《RVCT 3.0 Compiler and LibraryGuide(Ref6)》中给出。在CM3中，嵌入式汇编还是比较需要的，因为常常会有访问特殊功能寄存器的时候。比如，在设置堆栈时，就要使用MRS/MSR指令。对于其它不能由编译器产生的指令，比如WFI/WFE、互斥访问、存储器隔离等指令，也必须用汇编显式给出。
在以前的ARM处理器中，因为支持ARM/Thumb双重状态，往往需要所谓的“interworking”，且不同的源文件可能需要编译成不同状态下的代码。在CM3中不再有此需求，因为只使用了Thumb状态，从而工程管理方便多了。
当使用C开发程序时，推荐开启CM3的双字对齐管理机制（在NVIC配置与控制寄存器中，把STKALIGN置位），这是用于确保系统能严格遵守AAPCS过程调用标准，代码形如：
#define NVIC_CCR ((volatile unsigned long *)(0xE000ED14))
*NVIC_CCR ＝ *NVIC_CCR | 0x200; //设置STKALIGN位2、汇编与C的接口
在很多情况下，都需要让C程序模块与汇编程序模块互相交互，它们包括：
在C代码中使用了嵌入式汇编（或者是在GNU工具下，使用了内联汇编）
C程序呼叫了汇编程序，这些汇编程序是在独立的汇编源文件中实现的
汇编程序调用了C程序
在这些情况下，必须知晓参数是如何传递的，以及值是如何返回的，才能在主调函数与子程序之间协同工作。这些交互的机制在ARM中有明确的规定，由文档《ARM Architecture ProcedureCall Standard(AAPCS, Ref5)》给出。
不过，在大多数场合下的情况都比较简单：当主调函数需要传递参数（实参）时，它们使用R0-R3。其中R0传递第一个，R1传递第2个……在返回时，把返回值写到R0中。在子程序中，可以随心所欲地使用R0-R3，以及R12。但若使用R4-R11，则必须在使用之前先PUSH它们，使用后POP回来。
可见，汇编程序使用R0-R3, R12时会很舒服。但是如果换个立场——汇编要呼叫C函数，则考虑问题的方式就有所不同：必须意识到子程序可以随心所欲地改写R0-R3, R12，却决不会改变R4-R11。因此，如果在调用后还需要使用R0-R3,R12，则在调用之前，必须先PUSH，从C函数返回后再POP它们，对R4-R11则不用操心。
3、典型的开发流程
在开发基于CM3的应用程序时，常常有多种源程序和库，有些是自己写的，有些是别人已经写好的（尤其是底层的软件）。上述这些开发工具生成代码的流程都差不离。对于最基本的应用，也至少需要C编译器，连接器以及二进制文件处理工具。如果使用的是ARM的工具，如RVDS或RealView编译器工具（RVCT），则它们的流程如图所示。其中的“分散加载脚本”是可选的，但是当存储器映射变得比较复杂时，则需要它。
4、使用互斥访问实现信号量操作
专门用于信号量的操作中。最常见的用途，就是确保需要互斥使用的共享资源只被一个任务拥有。互斥锁本身的操作是原子访问的。
在单处理机系统中，互斥访问主要用在ISR与主程序之间，用以保护它们共享的，并且需要互斥访问的资源（如，一块内存，一个外设）。此时，引起互斥写失败的唯一原因，就是在读写期间曾响应过中断。如果代码在特权级下运行，还可以通过设置PRIMASK，在“测试——置位”期间暂时把中断给掐了。
在多处理机系统中，情况会变得更复杂。此时，除了本机的中断，其它处理机对同一块内存的访问也可以使互斥写操作失败。为了检测到其它处理机对内存的访问，总线系统中必须加入一个“互斥访问监视”的硬件基础设施。它负责检测在互斥读写期间，总线上是否有其它主机访问了互斥锁及其临近的“高危地带”。事实上，在绝大多数低成本的CM3单片机中，都只包含了一个核，因此无需此监视器。
有了这个机制，我们就可以确信共享资源一定能互斥地使用，不会发生紊乱危象。如果一个共享资源在多次尝试时依然无法获取，则可能必须放弃对此资源的请求，有可能先前锁住该资源的任务已经崩溃了。
5、使用位带实现互斥锁操作
如果存储器系统支持“锁定传送”（locked transfers），或者总线上只有一个主机，还可以使用CM3的位带功能来实现互斥锁的操作。通过使用位带，则可以在C程序中实现互斥锁，但是操作过程与互斥访问是不同的。在使用位带来做资源分配的控制机制时，需要使用位带存储区的内存单元（比如，一个字），该内存单元的每个位表示资源正被特定的任务使用。
在位带别名区的读写实质上是锁定的“读-改-写”（在传送期间总线不能被其它主机占有）。因此，只要每个任务都仅修改分配给它们自己的锁定位，其它任务锁定位的值就不会丢失，即使是两个任务同时写自己的锁定位也不怕。
对于“测试并设置”这种互斥锁的简单操作，也可以使用“关中临界区”来保护——也就是在操作前关中断，操作后开中断。这种关中的时间是很短的，因为其它原因导致的关中通常都比这个长得多。只是有时为了无限追求实时性，有一丝希望也会尽最大的努力，就像这两种互斥锁操作那样。
6、使用位段提取与查表跳转
位段提取指令（UBFX）和查表跳转指令（TBB/TBH）。这两条指令可以配合工作，以构建一个非常强大的“跳转树”。这对于电表及数据通信应用程序非常有意义，常使这类程序得到戏剧般地优化。这类程序在工作时，经常要判断各种各样的情况，并且“分类讨论”。有时，还需要进一步细化，作二级甚至多级的比较判断。