C 和 ARM 匯編混合編程實(shí)驗(yàn)報(bào)告

實(shí)驗(yàn)C和ARM匯編混合編程實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜DS開發(fā)環(huán)境、AXD及Multi_ICE調(diào)試環(huán)境。掌握簡單的ARM匯編指令的使用方法。掌握S3C2410A的I/O控制寄存器的配置。掌握ARM匯編指令和C語言相互調(diào)用的方法二實(shí)驗(yàn)設(shè)備PC機(jī)、ARM仿真器、2410實(shí)驗(yàn)箱、串口線。三實(shí)驗(yàn)內(nèi)容熟悉ARM開發(fā)環(huán)境的建立。使用ARM匯編和C語言設(shè)置GPIO口的相應(yīng)寄存器。四實(shí)驗(yàn)原理C程序與匯編程序相互調(diào)用規(guī)則為了使單獨(dú)編譯的C語言程序和匯編程序之間能夠相互調(diào)用，必須為子程序間的調(diào)用規(guī)定一定的規(guī)則。ATPCS即ARM，Thumb過程調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)(ARM/ThumbProcedureCallStandard)，是ARM程序和Thumb程序中子程序調(diào)用的基本規(guī)則，它規(guī)定了一些子程序間調(diào)用的基本規(guī)則，如子程序調(diào)用過程中的寄存器的使用規(guī)則，堆棧的使用規(guī)則，參數(shù)的傳遞規(guī)則等。下面結(jié)合實(shí)際介紹幾種ATPCS規(guī)則，如果讀者想了解更多的規(guī)則，可以查看相關(guān)的書籍?；続TPCS基本ATPCS規(guī)定了在子程序調(diào)用時(shí)的一些基本規(guī)則，包括下面3方面的內(nèi)容：各寄存器的使用規(guī)則及其相應(yīng)的名稱。數(shù)據(jù)棧的使用規(guī)則。參數(shù)傳遞的規(guī)則。相對于其它類型的ATPCS，滿足基本ATPCS的程序的執(zhí)行速度更快，所占用的內(nèi)存更少。但是它不能提供以下的支持：ARM程序和Thumb程序相互調(diào)用，數(shù)據(jù)以及代碼的位置無關(guān)的支持，子程序的可重入性，數(shù)據(jù)棧檢查的支持。而派生的其他幾種特定的ATPCS就是在基本ATPCS的基礎(chǔ)上再添加其他的規(guī)則而形成的。其目的就是提供上述的功能。寄存器的使用規(guī)則寄存器的使用必須滿足下面的規(guī)則：子程序間通過寄存器R0?R3來傳遞參數(shù)。這時(shí)，寄存器R0?R3可以記作A0?A3。被調(diào)用的子程序在返回前無需恢復(fù)寄存器R0?R3的內(nèi)容。在子程序中，使用寄存器R4?Rll來保存局部變量。這時(shí)，寄存器R4?R11可以記作V1?V8。如果在子程序中使用到了寄存器V1?V8中的某些寄存器，子程序進(jìn)入時(shí)必須保存這些寄存器的值，在返回前必須恢復(fù)這些寄存器的值；對于子程序中沒有用到的寄存器則不必進(jìn)行這些操作。在Thumb程序中，通常只能使用寄存器R4?R7來保存局部變量。寄存器R12用作子程序間scratch寄存器，記作IP。在子程序間的連接代碼段中常有這種使用規(guī)則。寄存器R13用作數(shù)據(jù)棧指針，記作SP。在子程序中寄存器R13不能用作其他用途。寄存器SP在進(jìn)入子程序時(shí)的值和退出子程序時(shí)的值必須相等。寄存器R14稱為連接寄存器，記作LR。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，寄存器R14則可以用作其他用途。寄存器R15是程序計(jì)數(shù)器，記作？^它不能用作其他用途。參數(shù)傳遞規(guī)則根據(jù)參數(shù)個(gè)數(shù)是否固定可以將子程序分為參數(shù)個(gè)數(shù)固定的(nonvariadic)子程序和參數(shù)個(gè)數(shù)可變的(variadic)子程序。這兩種子程序的參數(shù)傳遞規(guī)則是不同的。參數(shù)個(gè)數(shù)可變的子程序參數(shù)傳遞規(guī)則對于參數(shù)個(gè)數(shù)可變的子程序，當(dāng)參數(shù)不超過4個(gè)時(shí)，可以使用寄存器R0?R3來傳遞參數(shù)；當(dāng)參數(shù)超過4個(gè)時(shí)，還可以使用數(shù)據(jù)棧來傳遞參數(shù)。在參數(shù)傳遞時(shí)，將所有參數(shù)看作是存放在連續(xù)的內(nèi)存字單元中的字?jǐn)?shù)據(jù)。然后，依次將各字?jǐn)?shù)據(jù)傳送到寄存器R0、R1、R2、R3中，如果參數(shù)多于4個(gè)，將剩余的字?jǐn)?shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)棧中，入棧的順序與參數(shù)順序相反，即最后一個(gè)字?jǐn)?shù)據(jù)先入棧。按照上面的規(guī)則，一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)參數(shù)可以通過寄存器傳遞，也可以通過數(shù)據(jù)棧傳遞，也可能一半通過寄存器傳遞，另一半通過數(shù)據(jù)棧傳遞。（2） 參數(shù)個(gè)數(shù)固定的子程序參數(shù)傳遞規(guī)則對于參數(shù)個(gè)數(shù)固定的子程序，參數(shù)傳遞與參數(shù)個(gè)數(shù)可變的子程序參數(shù)傳遞規(guī)則不同。如果系統(tǒng)包含浮點(diǎn)運(yùn)算的硬件部件，浮點(diǎn)參數(shù)將按照下面的規(guī)則傳遞：各個(gè)浮點(diǎn)參數(shù)按順序處理。為每個(gè)浮點(diǎn)參數(shù)分配FP寄存器。分配的方法是，滿足該浮點(diǎn)參數(shù)需要的且編號最小的一組連續(xù)的FP寄存器。第一個(gè)整數(shù)參數(shù)，通過寄存器R0?R3來傳遞。其他參數(shù)通過數(shù)據(jù)棧傳遞。（3） 子程序結(jié)果返回規(guī)則子程序中結(jié)果返回的規(guī)則如下：結(jié)果為一個(gè)32位的整數(shù)時(shí)，可以通過寄存器R0返回。結(jié)果為一個(gè)64位整數(shù)時(shí)，可以通過寄存器R0和Rl返回，依次類推。結(jié)果為一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)時(shí)，可以通過浮點(diǎn)運(yùn)算部件的寄存器f0、d0或者s0來返回。結(jié)果為復(fù)合型的浮點(diǎn)數(shù)（如復(fù)數(shù)）時(shí)，可以通過寄存器f0?fN或者d0?dN來返回。對于位數(shù)更多的結(jié)果，需要通過內(nèi)存來傳遞。C語言函數(shù)和ARM匯編語言函數(shù)間相互調(diào)用高級語言函數(shù)與匯編語言函數(shù)的混合調(diào)用也要遵循ATPCS規(guī)則，保證程序調(diào)用時(shí)參數(shù)的正確傳遞。在匯編程序中使用EXPORT偽指令聲明本子程序，使其它程序可以調(diào)用此子程序，而在C語言程序中使用extern關(guān)鍵字聲明外部函數(shù)（聲明要調(diào)用的匯編子程序），即可調(diào)用此匯編子程序。下面給出兩個(gè)例子來介紹函數(shù)相互調(diào)用。五代碼分析例C函數(shù)中調(diào)用匯編（書P174）偽隨機(jī)數(shù)程序（匯編程序文件）AREARANDOM_CODE,CODE,READONLYEXPORTseedrandomnumberLDRip,SEED_ADRLDMIAip,{a1,a2}TSTa2,a2,LSR#1MOVSa3,a1,RRXADCa2,a2,a2ADCa2,a2,a2EORa3,a3,a1,LSL#12EORa1,a3,a3,LSR#20STMIAip,{a1,a2}MOVpc,lrSEED_ADRDCDseedAREARANDOM_DATA,DATAseedDCD&33333333DCD$AAAAAAAAEND偽隨機(jī)數(shù)程序(C程序文件)#include<stdio.h>externunsignedintrandomnumber(void)intmain(){intloop,i;printf(“Pleaseinputthenumberofrandomnumber:");scanf("％d”，$loop);for(i=0;i<loop;i++)}Return0;}代碼分析這是一個(gè)C中調(diào)用匯編的程序，在C中有main函數(shù)。數(shù)據(jù)段(data):數(shù)據(jù)段用來存放可執(zhí)行文件中已初始化全局變量，換句話說就是存放程序靜態(tài)分配［1］的變量和全局變量。BSS段：BSS段包含了程序中未初始化全局變量，在內(nèi)存中bss段全部置零。BSS是blockstartedbysymbol的縮寫。因?yàn)槲闯跏蓟淖兞繘]有對應(yīng)的值，所以并不需要存儲在可執(zhí)行對象中。但是因?yàn)镃標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制規(guī)定未初始化的全局變量要被賦予特殊的默認(rèn)值(基本上是0值)，所以內(nèi)核要從可執(zhí)行代碼裝入變量(未賦值的)到內(nèi)存中，然后將零頁映射到該片內(nèi)存上，于是這些未初始化變量就被賦予了0值。這樣做避免了在目標(biāo)文件中進(jìn)行顯式地初始化，減少空間浪費(fèi)Code為程序代碼部分偽指令分析本程序中EXPORTrandomnumber，EXPORTseed聲明randomnumber子程序和seed子程序?qū)⒈煌獠亢瘮?shù)調(diào)用；在C程序的main()函數(shù)中對randomnumber和seed匯編子程序進(jìn)行了調(diào)用：externunsignedintrandomnumber(void)聲明randomnumber為外部函數(shù)。分步執(zhí)行結(jié)果此程序匯編代碼部分的分步執(zhí)行結(jié)果如表4-1所示：表4-1分步執(zhí)行結(jié)果執(zhí)行指令a1a2a3ZCLDMIAip,{a1,a2}33333333AAAAAAAA00TSTa2,a2,LSR#133333333AAAAAAAA1MOVSa3,a1,RRX33333333AAAAAAAA199999911ADCa2,a2,a233333333555555551999999911ADCa2,a2,a233333333AAAAAAAB1999999911EORa3,a3,a1,LSL#1233333333AAAAAAAB2AAAA99911EORa1,a3,a3,LSR#202AAAAB33AAAAAAAB2AAAA99911六實(shí)驗(yàn)總結(jié)通過這次實(shí)驗(yàn)，我掌握了C和匯編混合編程，C是如何調(diào)用匯編子程序，匯編又是如何調(diào)用C程序的。另外，還掌握了參數(shù)傳遞規(guī)則和寄存器的使用規(guī)則，以及exter、EXPORT>CODE、DATA等偽碼的使用。雖然課上老師講解這個(gè)程序時(shí)，感覺自己已經(jīng)掌握，老師要求自己運(yùn)行一遍，把結(jié)果寫出來時(shí)不愿意寫，但算出來之后卻發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤很多，眼高于低，所以以后還要多加練習(xí)。這次實(shí)驗(yàn)也使我對前面所學(xué)的ARM操作指令得到了練習(xí)，真正到用時(shí)才發(fā)現(xiàn)自己掌握的不足，很多的操作指令都不知道是用來十什么的。這次實(shí)驗(yàn)我對一些常用的指令得到了練習(xí)，例如，EOR、TST、LSR、ADC等等，同時(shí)也糾正了自己原先認(rèn)識上的錯(cuò)誤，例如本實(shí)驗(yàn)中ADCa2,a2,a2，ADC操作并不影響a2的值，只是