【嵌入式06】STM32的C与汇编语言混合编程

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一、题目要求

修改代码，要求将原汇编语言 Init_1函数的类型改为 int Init_1(init) ，此函数功能修改为传入一个整型数x，函数运行后返回整型数 x+100。 请编程实现，并仿真跟踪调试；
如果要求在汇编函数中调用一个 C语言写的函数，应该如何修改汇编代码？

二、项目创建

打开Keil ARM，Project->New μVision Project->选择STM32F103ZE

添加main.c和Func.s文件

Func.s

	AREA	MY_FUNCTION,CODE,READONLY
	EXPORT 	Init_1  ; 与在c文件中定义的Init_1函数关联起来


; 高级语言中的声明和使用变量其实是对板子寄存器的使用，所以我们只需要直接使用寄存器即可

Init_1

	MOV R1,#0     ; 设R1寄存器为i
	MOV R2,#0	  ; 设R2寄存器为j
	
LOOP	; 写在最左边的是程序段的段名，执行跳转程序时用到
	CMP R1,#10	  ; 比较R1和10的大小
	BHS LOOP_END  	  ; 如果R1大于等于10，则跳转到LOOP_END程序段，反之忽略该语句，直接执行下面的语句
	ADD R2,#1	  ; j++
	ADD R1,#1     ; i++
	B LOOP		  ; 循环
	
LOOP_END
	NOP	
	
	END  ; 必须空格后再写END,不然会被认为是段名，表示程序结束

main.c

# include

extern void	Init_1(void);

int main(){
	
	Init_1();
	
	return 0;
}

三、C语言调用汇编-无参数调用

1、仿真设置

打开魔法棒，选择Debug，勾选Use Simulator
将左侧的Dialog DLL中的内容改为DARMSTM.DLL，将Parameter的内容改为-pSTM32F103C8

2、设置断点

在目标行前侧点击，生成小红点，即完成断点设置

3、编译并调试

编译build或rebuild后，进行调试

在左上角点击step或step over或Run To Cursor Line
观察R1、R2的寄存器值的变化
可以发现其由0逐步加到10

四、C语言调用汇编语言-有参数调用

1、修改 三 中代码

Func.s

 
	AREA	MY_Function,CODE,READONLY
	EXPORT 	Init_1  ; 与在c文件中定义的Init_1函数关联起来


; 高级语言中的声明和使用变量其实是对板子寄存器的使用，所以我们只需要直接使用寄存器即可

Init_1
	ADD R0,#100     ; 将传入的值+100
	MOV PC,LR		; 返回R0
	
	
LOOP	; 写在最左边的是程序段的段名，执行跳转程序时用到
	CMP R1,#10	  ; 比较R1和10的大小
	BHS LOOP_END  	  ; 如果R1大于等于10，则跳转到LOOP_END程序段，反之忽略该语句，直接执行下面的语句
	ADD R2,#1	  ; j++
	ADD R1,#1     ; i++
	B LOOP		  ; 循环
	
LOOP_END
	NOP	
	
	
	END  ; 必须空格后再写END,不然会被认为是段名，表示程序结束

main.c

# include

extern int Init_1(int x);

int main(){
	
	int xx = Init_1(10);
	printf("%d", xx);
	
	return 0;
}

在Keil中，子函数的参数值传递按顺序存放到了R0、R1、R2、R3中，超过四个参数值传递放栈帧里。

由此，Init_1(10)传入的10放到了R0中，由MOV PC,LR返回110.

2、设置断点

3、编译并调试

操作同上


此时值为6E即110，调用成功！

五、汇编语言调用C语言函数

1、修改 四 中代码

Func.s

	AREA	MY_Function,CODE,READONLY
	EXPORT 	Init_1  ; 与在c文件中定义的Init_1函数关联起来
	IMPORT  get5    ; 声明get5 为外部引用


; 高级语言中的声明和使用变量其实是对板子寄存器的使用，所以我们只需要直接使用寄存器即可

Init_1

	MOV R1,#0     ; 设R1寄存器为i
	MOV R2,#0	  ; 设R2寄存器为j
	
LOOP	; 写在最左边的是程序段的段名，执行跳转程序时用到
	CMP R1,#10	  ; 比较R1和10的大小
	BHS LOOP_END  	  ; 如果R1大于等于10，则跳转到LOOP_END程序段，反之忽略该语句，直接执行下面的语句
	ADD R2,#1	  ; j++
	ADD R1,#1     ; i++
	BL get5  	  ; 调用get5，返回的值传入R0
	B LOOP		  ; 循环
	
LOOP_END
	NOP	
	
	
	END  ; 必须空格后再写END,不然会被认为是段名，表示程序结束

main.c

# include

extern void	Init_1(void);

int get5(void);

int main(){
	
	printf("Begin...\n");
	Init_1();

	
	return 0;
}

int get5(){
	return 5;
}

2、设置断点

3、编译并调试

执行get5后，R0变为了5，调用成功！

六、其他

1、C与汇编之间函数调用ATPCS简介

• ARM-Thumb 过程调用标准 ATPCS（ARM-Thumb Procedure Call Standard）
• ATPCS 标准既是ARM 编译器使用的函数调用规则，也是设计可被 C 程序调用的汇编函数的编写规则
• ATPCS 规定，ARM 的数据堆栈为 FD 型堆栈，即满递减堆栈
• 函数是通过寄存器和堆栈来传递参数和返回函数值的，形参和返回值都应定义在具有暂存性质的寄存器和堆栈中

2、参数如何传递

汇编程序调用C函数时，函数的入口参数使用栈来传送,参数的传递顺序是从右到左。即函数最后（最右边的）一个参数先入栈，而最左边的第一个参数最后入栈，然后执行 CALL 指令去调用C函数。

3、参数的清除

在C函数返回后，汇编程序需要把先前压入栈中的函数参数清除掉，即调用者负责清除参数占用的栈空间。

4、C语言与汇编语言混合程序

在C程序中内联或嵌入式汇编代码，以提高程序的效率

内联汇编

• 在 C 程序中直接编写汇编程序段而形成一个语句块，这个语句块可以使用除了 BX 和 BLX之外的全部ARM指令来编写
• 可以使程序实现一些不能从C获得的底层功能
• 汇编语句块中，如果有两条指令占据了同一行，那么必须用分号“ ；”将它们分隔
• 如果一条指令需要占用多行，那么必须用反斜线符号“ \ ”作为续行符
• 可以在内联汇编语言块内的任意位置使用C/C++格式的注释
• 内联汇编代码中定义的标号可被用作跳转或C/C++ goto 语句的目标，同样，在C/C++代码中定义的标号，也可被用作内联汇编代码跳转指令的目标
• 在内联汇编语句块中最好使用 C 或 C++ 变量作为操作数
• 状态寄存器 PSR ，任何对 PSR 的引用总是执行指向物理 PSR

void enable_IRQ(void)
{
int tmp;
_ _asm //声名内联汇编代码
{
MRS tmp, CPSR
BIC tmp, tmp, #0x80
MSR CPSR_c, tmp
}
}

• 内联汇编的限制
  • 它不支持 Thumb 指令；除了程序状态寄存器 PSR 之外，不能直接访问其他任何物理寄存器
  • 如果在内联汇编程序指令中出现了以某个寄存器名称命名的操作数，那么它被叫做虚拟寄存器，而不是实际的物理寄存器。编译器在生成和优化代码的过程中，会给每个虚拟寄存器分配实际的物理寄存器，但这个物理寄存器可能与在指令中指定的不同。
  • 在内联汇编代码中不能使用寄存器 PC（R15）、LR（R14）和SP（R13）
  • 处理器模式会禁止使用 C 操作数或对已编译 C 代码的调用，直到将处理器模式恢复为原设置之后

嵌入式汇编

• 嵌入式汇编程序是一个编写在C程序外的单独汇编程序，该程序段可以像函数那样被 C 程序调用
• 嵌入式汇编具有真实汇编的所有特性，数据交换符合 ATPCS 标准，同时支持 ARM 和Thumb，所以它可以对目标处理器进行不受限制的低级访问
• 不能直接引用 C/C++ 的变量
• 参数名只允许使用在参数列表中，不能用在嵌入式汇编函数体内
• 在 C 程序中调用嵌入式汇编程序的方法与调用 C 函数的方法相同

定义一个嵌入式汇编函数的语法格式为：
_ _asm return–type function–name(parameter-list)
{
汇编程序段
}

return–type：函数返回值类型，C语言中的数据类型
function–name：函数名
parameter-list：函数参数列表

项目	内联汇编	嵌入式汇编
指令集	仅限于ARM	ARM和Thumb
ARM汇编程序命令	不支持	支持
C表达式	支持	仅支持常量表达式
优化代码	支持	不支持
内联	可能	从不
寄存器访问	不使用物理寄存器	使用物理寄存器
返回指令	自动生成	显式编写

七、总结

ARM在C语言中调用汇编函数的方法
在C中调用汇编文件中的函数，要做的主要工作有两个：
一是在C中声明函数原型，并加extern关键字；
二是在汇编中用EXPORT导出函数名，并用该函数名作为汇编代码段的标识，最后用mov pc, lr返回。然后，就可以在C中使用该函数了。

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参考：
[1] https://blog.csdn.net/longintchar/article/details/79511747
[2] https://blog.csdn.net/sinat_27421407/article/details/78829508