ARM汇编与C言语的混合编程

1. C言语如何与汇编进行交互

有些时候，我们需要在汇编代码中调用C代码，或者说C代码中调用汇编代码。

那么，汇编调用C代码，或者C代码调用汇编函数，他们的函数参数、返回值是如何传递的？

对应ARM架构来说，有一个 ATPCS （ARM-Thumb Produce Call Standard），ARM-Thumb过程调用标准。ATPCS 标准规定了下面几个方面：

• 1、函数调用过程中的寄存器用法。比如说 R4-R11 、 R13(SP) 、R14(LR) 这些寄存器的值，应该由子程序保证不改变。也就是说在执行子程序时，如果这些寄存器需要被修改的话，那么应该先压栈，然后才能再去调用子程序。
• 2、规定函数参数和返回值的传递。一般来说 R0-R3 这4个寄存器用于函数的输入参数，然后函数的返回值是放在 R0 寄存器的。当然，如果输入参数大于 4 个参数是，寄存器就不够用了，那么这时需要使用到栈。
• 3、规定栈对齐。如果汇编代码调用C函数，就要确保当前的栈指针指向了双字对齐的地址（如0x20000000、0x20000008、0x20002010 等）。

对于在函数调用时的参数传递过程，可归纳为如下表格：

函数调用过程中，寄存器的用法如下表：

2. 汇编调用C函数

汇编调用C函数，是汇编与C语言混合编程遇见最多的场合了。

前面说过了，ATPCS标准，函数调用时，使用 R0-R3 传递参数，R0 作为返回值。

比如，下面的一个C函数：

int my_add_c(int x1, int x2, int x3, int x4)
{
    return (x1 + x2 + x3 + x4);
}
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根据ATPCS标准，x1=R0, x2=R1, x3=R2, x4=R3, 然后返回值是存放在 R0 寄存器的。另外，还需要注意调用者保存的寄存器（R0-R3, R12）这些寄存器可能会被C函数修改。

下面的汇编代码调用C函数示例：

MOVS R0, #0x1 ; First parameter (x1)
MOVS R1, #0x2 ; Second parameter (x2)
MOVS R2, #0x3 ; Third parameter (x3)
MOVS R3, #0x4 ; Fourth parameter (x4)
IMPORT my_add_c
BL my_add_c ; Call “my_add_c” function. Result store in R0
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3. C函数调用汇编函数

使用汇编代码实现函数，然后通过C代码调用汇编函数。

在汇编代码中，我们需要确保，如果C代码要修改被调用者保存的寄存器（如R4-R11等），那么在汇编代码中要先对这些寄存器进行压栈处理，然后退出函数之前将这些寄存器恢复。

如果这个C函数还可能会调用到另一个函数，那么在汇编代码中，还需要保存LR寄存器的值。

汇编函数的实现：

EXPORT My_Add

my_add_asm FUNCTION
    ADDS R0, R0, R1
    ADDS R0, R0, R2
    ADDS R0, R0, R3
    BX LR ; Return result in R0
    ENDFUNC
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当然，如果汇编代码需要访问C代码中的变量，则可以使用 IMPORT 关键字（不同的工具链可能不一样，gcc工具链是 .global 关键字）

然后，在C代码中调用这个汇编函数。

extern int my_add_asm(int x1, int x2, int x3, int x4);
...
int y;
...
y = my_add_asm(1, 2, 3, 4); // call the my_add_asm function
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4. C代码嵌入汇编

很多编译器都支持，在C代码中，实现汇编函数。

对应 ARM CC 编译器来说，需要在函数前面加上 __asm 关键字修饰。

比如，下面在C代码中，实现一个加法函数：

__asm int My_Add1(int x1, int x2, int x3, int x4)
{
    ADDS R0, R0, R1
    ADDS R0, R0, R2
    ADDS R0, R0, R3
    BX LR ; Return result in R0
}
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当然，如果你需要在嵌入的汇编函数中，需要访问变量或者地址值，可以使用 __cpp 关键字，如下：

__asm void function_A(void)
{
    PUSH {R0-R2, LR}
    BL __cpp(LCD_clr_screen) ; 方法1调用C函数
    
    LDR R0,=__cpp(&pos_x)    ; 获取C代码变量地址，存放到R0寄存器
    LDR R0, [R0]			 ; 把 R0 的值，写到以R0的值作为地址的内存中
    
    LDR R1,=__cpp(&pos_y)
    LDR R1, [R1]
    
    LDR R2, =__cpp(LCD_pixel_set) ; Import the address of a function
    BLX R2 ; 方法2调用C函数
    POP {R0-R2, PC}
}
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5. C代码内联汇编

在一个C函数中，我们可以使用内联汇编的语法，把一些汇编指令，插入到C函数里面。

比如下面的一个C函数：

int My_Add2(int i, int j)
{
    int ret;
    __asm
    {
        ADD ret, i, j
    }
    return ret;
}
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这个函数，本身是一个C函数，但是在C函数内部插入了汇编指令。

对于GCC编译器，支持的内联汇编语法如下：

__asm (“ inst1 op1, op2, ... \n”
“ inst2 op1, op2, ... \n”
...
“ instN op1, op2, . \n”
: output_operands /* optional */
: input_operands /* optional */
: clobbered_operands /* optional */
);
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关于内联汇编语法的详细介绍，可以参考 GUN 工具链的帮助文档 GCC-Inline-Assembly-HOWTO 。