C和匯編如何互相調(diào)用？

一、gcc 內(nèi)聯(lián)匯編

內(nèi)聯(lián)匯編即在C中直接使用匯編語(yǔ)句進(jìn)行編程，使程序可以在C程序中實(shí)現(xiàn)C語(yǔ)言不能完成的一些工作，例如，在下面幾種情況中必須使用內(nèi)聯(lián)匯編或嵌入型匯編。

程序中使用飽和算術(shù)運(yùn)算（Saturating Arithmetic）

程序需要對(duì)協(xié)處理器進(jìn)行操作

在C程序中完成對(duì)程序狀態(tài)寄存器的操作

格式：

__asm__ __volatile__（“asm code” ：output ：input ：changed registers）;

asm或__asm__開(kāi)頭，小括號(hào)+分號(hào)，括號(hào)內(nèi)容寫(xiě)匯編指令。指令+ 用雙引號(hào)引上。

參數(shù)

「asm code」主要填寫(xiě)匯編代碼：

“mov r0， r0 ” “mov r1，r1 ” “mov r2，r2”

「output（asm-》C）」用于定義輸出的參數(shù)，通常只能是變量：

：“constraint” （variable） “constraint”用于定義variable的存放位置： r 表示使用任何可用的寄存器 m 表示使用變量的內(nèi)存地址 + 可讀可寫(xiě) = 只寫(xiě) & 表示該輸出操作數(shù)不能使用輸入部分使用過(guò)的寄存器，只能用“+&”或“=&”的方式使用

「input（C-》asm）」用于定義輸入的參數(shù)，可以是變量也可以是立即數(shù)：

：“constraint” （variable/immediate） “constraint”用于定義variable的存放位置： r 表示使用任何可用的寄存器（立即數(shù)和變量都可以） m 表示使用變量的內(nèi)存地址 i 表示使用立即數(shù)

Note：

使用__asm__和__volatile__表示編譯器將不檢查后面的內(nèi)容，而是直接交給匯編器。

如果希望編譯器為你優(yōu)化，__volatile__可以不加

沒(méi)有asm code也不能省略“”

沒(méi)有前面的和中間的部分，不可以相應(yīng)的省略：

沒(méi)有changed 部分，必須相應(yīng)的省略：

最后的;不能省略，對(duì)于C語(yǔ)言來(lái)說(shuō)這是一條語(yǔ)句

匯編代碼必須放在一個(gè)字符串內(nèi)，且字符串中間不能直接按回車(chē)換行，可以寫(xiě)成多個(gè)字符串，注意中間不能有任何符號(hào)，這樣就會(huì)將兩個(gè)字符串合并為一個(gè)

指令之間必須要換行，還可以使用 使指令在匯編中保持整齊

舉例

例1：無(wú)參數(shù)，無(wú)返回值這種情況，output和input可以省略：

asm （ //匯編指令 “mrs r0，cpsr ” “bic r0，r0，#0x80 ” “msr cpsr，r0 ” ）;

例2：有參數(shù) ，有返回值讓內(nèi)聯(lián)匯編做加法運(yùn)算，求a+b，結(jié)果存在c中

int a =100， b =200， c =0; asm （ “add %0，%1，%2 ” ： “=r”（c） ： “r”（a），“r”（b） ： “memory” ）;

%0 對(duì)應(yīng)變量c%1 對(duì)應(yīng)變量a%2 對(duì)應(yīng)變量b

例3：有參數(shù) 2 ，有返回值

讓內(nèi)聯(lián)匯編做加法運(yùn)算，求a+b，結(jié)果存在sum中，把a(bǔ)-b的存在d中

asm volatile （ “add %［op1］，%［op2］，%［op3］ ” “sub %［op4］，%［op2］，%［op3］ ” ：［op1］“=r”（sum），［op4］“=r”（d） ：［op2］“r”（a），［op3］“r”（b） ：“memory” ）;

%0 對(duì)應(yīng)變量c%1 對(duì)應(yīng)變量a%2 對(duì)應(yīng)變量b

三、ATPCS規(guī)則：（ARM、thumber程序調(diào)用規(guī)范）

為了使單獨(dú)編譯的C語(yǔ)言程序和匯編程序之間能夠相互調(diào)用，必須為子程序之間的調(diào)用規(guī)定一定的規(guī)則.ATPCS就是ARM程序和THUMB程序中子程序調(diào)用的基本規(guī)則。

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。

1. 寄存器的使用必須滿足下面的規(guī)則：

1）子程序間通過(guò)寄存器R0一R3來(lái)傳遞參數(shù)，這時(shí)，寄存器R0～R3可以記作A1-A4。被調(diào)用的子程序在返回前無(wú)需恢復(fù)寄存器R0～R3的內(nèi)容。

2）在子程序中，使用寄存器R4～R11來(lái)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(duì)于子程序中沒(méi)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(lái)保存局部變量。

3）寄存器R12用作過(guò)程調(diào)用時(shí)的臨時(shí)寄存器（用于保存SP，在函數(shù)返回時(shí)使用該寄存器出棧）， 記作ip。在子程序間的連接代碼段中常有這種使用規(guī)則。

4）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。

5）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。

6）寄存器R15是程序計(jì)數(shù)器，記作pc。它不能用作其他用途。

ATPCS下ARM寄存器的命名：

R0a1工作寄存器

R1a2工作寄存器

R2a3工作寄存器

R3a4工作寄存器

R4v1必須保護(hù);局部變量寄存器

R5v2必須保護(hù);局部變量寄存器

R6v3必須保護(hù);局部變量寄存器

R7v4必須保護(hù);局部變量寄存器

R8v5必須保護(hù);局部變量寄存器

R9v6必須保護(hù);局部變量寄存器

R10sl棧限制

R11fp幀指針

R12ip指令指針

R13sp棧指針

R14lr連接寄存器

寄存器別名功能

2、堆棧使用規(guī)則：

ATPCS規(guī)定堆棧為FD類型，即滿遞減堆棧。并且堆棧的操作是8字節(jié)對(duì)齊。

而對(duì)于匯編程序來(lái)說(shuō)，如果目標(biāo)文件中包含了外部調(diào)用，則必須滿足以下條件：

外部接口的數(shù)據(jù)棧一定是8位對(duì)齊的，也就是要保證在進(jìn)入該匯編代碼后，直到該匯編程序調(diào)用外部代碼之間，數(shù)據(jù)棧的棧指針變化為偶數(shù)個(gè)字;

在匯編程序中使用PRESERVE8偽操作告訴連接器，本匯編程序是8字節(jié)對(duì)齊的。

3、參數(shù)的傳遞規(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)固定的子程序和參數(shù)個(gè)數(shù)可變的子程序。這兩種子程序的參數(shù)傳遞規(guī)則是不同的。

1.參數(shù)個(gè)數(shù)可變的子程序參數(shù)傳遞規(guī)則

對(duì)于參數(shù)個(gè)數(shù)可變的子程序，當(dāng)參數(shù)不超過(guò)4個(gè)時(shí)，可以使用寄存器R0~R3來(lái)進(jìn)行參數(shù)傳遞，當(dāng)參數(shù)超過(guò)4個(gè)時(shí)，還可以使用數(shù)據(jù)棧來(lái)傳遞參數(shù)。

在參數(shù)傳遞時(shí)，將所有參數(shù)看做是存放在連續(xù)的內(nèi)存單元中的字?jǐn)?shù)據(jù)。然后，依次將各名字?jǐn)?shù)據(jù)傳送到寄存器R0，R1，R2，R3; 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(guò)寄存器傳遞，也可以通過(guò)數(shù)據(jù)棧傳遞，也可能一半通過(guò)寄存器傳遞，另一半通過(guò)數(shù)據(jù)棧傳遞。

舉例：

void func（a，b，c，d，e） a -- r0 b -- r1 c -- r2 d -- r3 e -- 棧

2.參數(shù)個(gè)數(shù)固定的子程序參數(shù)傳遞規(guī)則

對(duì)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：（1）各個(gè)浮點(diǎn)參數(shù)按順序處理;（2）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(hào)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(guò)寄存器R0~R3來(lái)傳遞，其他參數(shù)通過(guò)數(shù)據(jù)棧傳遞。

3、子程序結(jié)果返回規(guī)則

1.結(jié)果為一個(gè)32位的整數(shù)時(shí)，可以通過(guò)寄存器R0返回。

2.結(jié)果為一個(gè)64位整數(shù)時(shí)，可以通過(guò)R0和R1返回，依此類推。

3.對(duì)于位數(shù)更多的結(jié)果，需要通過(guò)調(diào)用內(nèi)存來(lái)傳遞。

舉例：

使用r0 接收返回值

int func1（int m， int n） m -- r0 n -- r1 返回值給 r0

「為什么有的編程規(guī)范要求自定義函數(shù)的參數(shù)不要超過(guò)4個(gè)？」答：因?yàn)閰?shù)超過(guò)4個(gè)就需要壓棧退棧，而壓棧退棧需要增加很多指令周期。對(duì)于參數(shù)比較多的情況，我們可以把數(shù)據(jù)封裝到結(jié)構(gòu)體中，然后傳遞結(jié)構(gòu)體變量的地址。

四、C語(yǔ)言和匯編相互調(diào)用

C和匯編相互調(diào)用要特別注意遵守相應(yīng)的ATPCS規(guī)則。

1. C調(diào)用匯編

例1：c調(diào)用匯編文件中函數(shù)帶返回值簡(jiǎn)化代碼如下，代碼架構(gòu)可以參考《7. 從0開(kāi)始學(xué)ARM-GNU偽指令、代碼編譯，lds使用》。

;.asm add： add r2，r0，r1 mov r0，r2 MOV pc， lr

main.c

extern int add（int a，int b）; printf（“%d ”，add（2，3））;

a-》r0，b-》r1

返回值通過(guò)r0返回計(jì)算結(jié)果給c代碼

例2，用匯編實(shí)現(xiàn)一個(gè)strcopy函數(shù)

;.asm .global strcopy strcopy： ;R0指向目的字符串 ;R1指向源字符串 LDRB R2， ［R1］， #1 ;加載字字符并更新源字符串指針地址 STRB R2， ［R0］， #1 ;存儲(chǔ)字符并更新目的字符串指針地址 CMP R2， #0 ;判斷是否為字符串結(jié)尾 BNE strcopy ;如果不是，程序跳轉(zhuǎn)到strcopy繼續(xù)循環(huán) MOV pc， lr ;程序返回//.c #include 《stdio.h》 extern void strcopy（char* des， const char* src）; int main（）{ const char* srcstr = “yikoulinux”; char desstr［］=“test”; strcopy（desstr， srcstr）; return 0; }

2. 匯編調(diào)用C

//.c int fcn（int a， int b ， int c， int d， int e） { return a+b+c+d+e; };.asm ; .text .global _start _start： STR lr， ［sp， #-4］！ ;保存返回地址lr ADD R1， R0， R0 ;計(jì)算2*i（第2個(gè)參數(shù)） ADD R2， R1， R0 ;計(jì)算3*i（第3個(gè)參數(shù)） ADD R3， R1， R2 ;計(jì)算5*i STR R3， ［SP， #-4］！ ;第5個(gè)參數(shù)通過(guò)堆棧傳遞 ADD R3， R1， R1 ;計(jì)算4*i（第4個(gè)參數(shù)） BL fcn ;調(diào)用C程序 ADD sp， sp， #4 ;從堆棧中刪除第五個(gè)參數(shù) .end

假設(shè)程序進(jìn)入f時(shí)，R0中的值為i ;

int f（int i）{ return fcn（i， 2*i， 3*i， 4*i， 5*i）; }

五、內(nèi)核實(shí)例

為了讓讀者有個(gè)更加深刻的理解， 以內(nèi)核中的例子為例：

arch/arm/kernel/setup.c

void notrace cpu_init（void） { unsigned int cpu = smp_processor_id（）;－－－－獲取CPU ID struct stack *stk = &stacks［cpu］;－－－－獲取該CPU對(duì)于的irq abt和und的stack指針 …… #ifdef CONFIG_THUMB2_KERNEL #define PLC “r”－－－－Thumb-2下，msr指令不允許使用立即數(shù)，只能使用寄存器。 #else #define PLC “I” #endif __asm__ （ “msr cpsr_c， %1 ”－－－－讓CPU進(jìn)入IRQ mode “add r14， %0， %2 ”－－－－r14寄存器保存stk-》irq “mov sp， r14 ”－－－－設(shè)定IRQ mode的stack為stk-》irq “msr cpsr_c， %3 ” “add r14， %0， %4 ” “mov sp， r14 ”－－－－設(shè)定abt mode的stack為stk-》abt “msr cpsr_c， %5 ” “add r14， %0， %6 ” “mov sp， r14 ”－－－－設(shè)定und mode的stack為stk-》und “msr cpsr_c， %7”－－－回到SVC mode ：－－－－上面是code，下面的output部分是空的 ： “r” （stk），－－－－對(duì)應(yīng)上面代碼中的%0 PLC （PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | IRQ_MODE），－－－－對(duì)應(yīng)上面代碼中的%1 “I” （offsetof（struct stack， irq［0］）），－－－－對(duì)應(yīng)上面代碼中的%2 PLC （PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | ABT_MODE），－－－－以此類推，下面不贅述 “I” （offsetof（struct stack， abt［0］））， PLC （PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | UND_MODE）， “I” （offsetof（struct stack， und［0］））， PLC （PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | SVC_MODE） ： “r14”）;－－－－上面是input操作數(shù)列表，r14是要clobbered register列表 }

原文標(biāo)題：C和匯編如何互相調(diào)用？嵌入式工程師必須掌握

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責(zé)任編輯：haq