C/C++与汇编混合编程简介
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) |
对于结构，如果知道各个数据项的偏移量，可以通过存储/加载指令访问。如果结构所占空间小于8个字，可以使用LDM和STM一次性读写。
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。