C和匯編如何互相調用？

一、gcc 內聯(lián)匯編

內聯(lián)匯編即在C中直接使用匯編語句進行編程，使程序可以在C程序中實現C語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聯(lián)匯編或嵌入型匯編。

程序中使用飽和算術運算（Saturating Arithmetic）

程序需要對協(xié)處理器進行操作

在C程序中完成對程序狀態(tài)寄存器的操作

格式：

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

asm或__asm__開頭，小括號+分號，括號內容寫匯編指令。指令+ 用雙引號引上。

參數

「asm code」主要填寫匯編代碼：

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

「output（asm-》C）」用于定義輸出的參數，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 表示使用變量的內存地址 + 可讀可寫 = 只寫 & 表示該輸出操作數不能使用輸入部分使用過的寄存器，只能用“+&”或“=&”的方式使用

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

：“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（立即數和變量都可以） m 表示使用變量的內存地址 i 表示使用立即數

Note：

使用__asm__和__volatile__表示編譯器將不檢查后面的內容，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

沒有asm code也不能省略“”

沒有前面的和中間的部分，不可以相應的省略：

沒有changed 部分，必須相應的省略：

最后的;不能省略，對于C語言來說這是一條語句

匯編代碼必須放在一個字符串內，且字符串中間不能直接按回車換行，可以寫成多個字符串，注意中間不能有任何符號，這樣就會將兩個字符串合并為一個

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：無參數，無返回值這種情況，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 ，有返回值讓內聯(lián)匯編做加法運算，求a+b，結果存在c中

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

%0 對應變量c%1 對應變量a%2 對應變量b

例3：有參數 2 ，有返回值

讓內聯(lián)匯編做加法運算，求a+b，結果存在sum中，把a-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 對應變量c%1 對應變量a%2 對應變量b

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

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

基本ATPCS規(guī)定了在子程序調用時的一些基本規(guī)則，包括下面3方面的內容：

各寄存器的使用規(guī)則及其相應的名稱。

數據棧的使用規(guī)則。

參數傳遞的規(guī)則。

1. 寄存器的使用必須滿足下面的規(guī)則：

1）子程序間通過寄存器R0一R3來傳遞參數，這時，寄存器R0～R3可以記作A1-A4。被調用的子程序在返回前無需恢復寄存器R0～R3的內容。

2）在子程序中，使用寄存器R4～R11來保存局部變量．這時，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，子程序進入時必須保存這些寄存器的值，在返回前必須恢復這些寄存器的值；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。

3）寄存器R12用作過程調用時的臨時寄存器（用于保存SP，在函數返回時使用該寄存器出棧）， 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用作數據棧指針，記作sp。在子程序中寄存器R13不能用作其他用途。寄存器sp在進入子程序時的值和退出子程序時的值必須相等。

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是程序計數器，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;局部變量寄存器

R5v2必須保護;局部變量寄存器

R6v3必須保護;局部變量寄存器

R7v4必須保護;局部變量寄存器

R8v5必須保護;局部變量寄存器

R9v6必須保護;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)對齊。

而對于匯編程序來說，如果目標文件中包含了外部調用，則必須滿足以下條件：

外部接口的數據棧一定是8位對齊的，也就是要保證在進入該匯編代碼后，直到該匯編程序調用外部代碼之間，數據棧的棧指針變化為偶數個字;

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)對齊的。

3、參數的傳遞規(guī)則：

根據參數個數是否固定，可以將子程序分為參數個數固定的子程序和參數個數可變的子程序。這兩種子程序的參數傳遞規(guī)則是不同的。

1.參數個數可變的子程序參數傳遞規(guī)則

對于參數個數可變的子程序，當參數不超過4個時，可以使用寄存器R0~R3來進行參數傳遞，當參數超過4個時，還可以使用數據棧來傳遞參數。

在參數傳遞時，將所有參數看做是存放在連續(xù)的內存單元中的字數據。然后，依次將各名字數據傳送到寄存器R0，R1，R2，R3; 如果參數多于4個，將剩余的字數據傳送到數據棧中，入棧的順序與參數順序相反，即最后一個字數據先入棧。

按照上面的規(guī)則，一個浮點數參數可以通過寄存器傳遞，也可以通過數據棧傳遞，也可能一半通過寄存器傳遞，另一半通過數據棧傳遞。

舉例：

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

2.參數個數固定的子程序參數傳遞規(guī)則

對于參數個數固定的子程序，參數傳遞與參數個數可變的子程序參數傳遞規(guī)則不同，如果系統(tǒng)包含浮點運算的硬件部件。

浮點參數將按照下面的規(guī)則傳遞：（1）各個浮點參數按順序處理;（2）為每個浮點參數分配FP寄存器;

分配的方法是，滿足該浮點參數需要的且編號最小的一組連續(xù)的FP寄存器。第一個整數參數通過寄存器R0~R3來傳遞，其他參數通過數據棧傳遞。

3、子程序結果返回規(guī)則

1.結果為一個32位的整數時，可以通過寄存器R0返回。

2.結果為一個64位整數時，可以通過R0和R1返回，依此類推。

3.對于位數更多的結果，需要通過調用內存來傳遞。

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)范要求自定義函數的參數不要超過4個？」答：因為參數超過4個就需要壓棧退棧，而壓棧退棧需要增加很多指令周期。對于參數比較多的情況，我們可以把數據封裝到結構體中，然后傳遞結構體變量的地址。

四、C語言和匯編相互調用

C和匯編相互調用要特別注意遵守相應的ATPCS規(guī)則。

1. C調用匯編

例1：c調用匯編文件中函數帶返回值簡化代碼如下，代碼架構可以參考《7. 從0開始學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r0返回計算結果給c代碼

例2，用匯編實現一個strcopy函數

;.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尾 BNE strcopy ;如果不是，程序跳轉到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 ;計算2*i（第2個參數） ADD R2， R1， R0 ;計算3*i（第3個參數） ADD R3， R1， R2 ;計算5*i STR R3， ［SP， #-4］！ ;第5個參數通過堆棧傳遞 ADD R3， R1， R1 ;計算4*i（第4個參數） BL fcn ;調用C程序 ADD sp， sp， #4 ;從堆棧中刪除第五個參數 .end

假設程序進入f時，R0中的值為i ;

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

五、內核實例

為了讓讀者有個更加深刻的理解， 以內核中的例子為例：

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，只能使用寄存器。 #else #define PLC “I” #endif __asm__ （ “msr cpsr_c， %1 ”－－－－讓CPU進入IRQ mode “add r14， %0， %2 ”－－－－r14寄存器保存stk-》irq “mov sp， r14 ”－－－－設定IRQ mode的stack為stk-》irq “msr cpsr_c， %3 ” “add r14， %0， %4 ” “mov sp， r14 ”－－－－設定abt mode的stack為stk-》abt “msr cpsr_c， %5 ” “add r14， %0， %6 ” “mov sp， r14 ”－－－－設定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），－－－－對應上面代碼中的%0 PLC （PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | IRQ_MODE），－－－－對應上面代碼中的%1 “I” （offsetof（struct stack， irq［0］）），－－－－對應上面代碼中的%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操作數列表，r14是要clobbered register列表 }

原文標題：C和匯編如何互相調用？嵌入式工程師必須掌握

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責任編輯：haq