第6章補充1-C語言和匯編語言的混合編程

1、 匯編語言編程匯編語言編程l優(yōu)點：可以充分地控制處理器的功能，為人工映射算法構(gòu)成最有效的程序l缺點：編碼效率低、可維護性和移植能力差C/C+語言編程語言編程l優(yōu)點：編碼效率高、可維護性和移植性好l缺點：速度慢、存儲器利用效率低混合編程混合編程 C語言和匯編語言的混合編程語言和匯編語言的混合編程以TMS320C2x/C2xx/C5x的C編譯器為例 1 C語言的存儲器模型 2 C語言的寄存器規(guī)則 3 C語言的函數(shù)調(diào)用規(guī)則 4 C與匯編語言的接口 C語言和匯編語言的混合編程語言和匯編語言的混合編程C語言的存儲器模型語言的存儲器模型 1 C語言的存儲器模型 C編譯器產(chǎn)生的段編譯器產(chǎn)生的段段名稱 段內(nèi)容

2、存儲器類型頁已初始化段.text可執(zhí)行代碼和浮點常數(shù)ROM或RAM0.cinit已初始化的全局變量和靜態(tài)變量的列表ROM或RAM0.switch用于多開關(guān)語句的跳轉(zhuǎn)列表ROM或RAM0.const已初始化的字符串、全局常量和靜態(tài)常量ROM或RAM1未初始化段.bss全局和靜態(tài)變量RAM1.stack軟件堆棧RAM1.system動態(tài)存儲空間RAM1C語言和匯編語言的混合編程語言和匯編語言的混合編程C語言的存儲器模型語言的存儲器模型C系統(tǒng)堆棧（軟件堆棧）系統(tǒng)堆棧（軟件堆棧）l堆棧的作用分配局部變量向函數(shù)傳遞參數(shù)保存函數(shù)的返回地址保存處理器的狀態(tài)保存寄存器保存暫時結(jié)果l堆棧的大小默認大小為 1k字

3、，鏈接時可用-stack size改變大小編譯器、鏈接器沒有提供檢查堆棧溢出的方法，堆棧溢出會破環(huán)運行環(huán)境，導致程序失敗，因此，要確保有足夠大的空間用于堆棧的擴展l堆棧的管理堆棧從低地址向高地址增長AR1：堆棧指針（SP），SP指針指向堆棧的下一個可訪問單元AR0：結(jié)構(gòu)（frame）指針（FP），指向當前結(jié)構(gòu)的開始處，函數(shù)調(diào)用時，函數(shù)的局部變量會在棧頂創(chuàng)建一個新的frame C語言和匯編語言的混合編程語言和匯編語言的混合編程C語言的存儲器模型語言的存儲器模型動態(tài)存儲空間（動態(tài)存儲空間（.system段）段）l用于運行時為變量動態(tài)分配存儲器，malloc、calloc、realloc、freel

4、總是采用間接尋址來訪問，即用指針來訪問l默認大小為1k字l鏈接時可用-heap size改變大小C語言和匯編語言的混合編程語言和匯編語言的混合編程C語言的寄存器規(guī)則語言的寄存器規(guī)則 2 C語言的寄存器規(guī)則寄存器使用、保存規(guī)定寄存器使用、保存規(guī)定l編譯器如何使用寄存器l函數(shù)調(diào)用時如何保護寄存器值寄存器用處被調(diào)函數(shù)保護AR0結(jié)構(gòu)指針YesAR1堆棧指針YesAR2局部變量指針NoAR2AR5表達式分析NoAR6AR7寄存器變量YesACC累加器表達式分析/返回值NoP表達式分析NoT表達式分析NoC語言和匯編語言的混合編程語言和匯編語言的混合編程C語言的寄存器規(guī)則語言的寄存器規(guī)則狀態(tài)位域狀態(tài)位域

5、l保留值是在進入一個函數(shù)或從一個函數(shù)返回時，編譯器期望的該位域的值l短橫線表示編譯器不期望一個特定的值l被修改欄表明編譯器代碼產(chǎn)生器是否曾修改該位域 域名稱保留值被修改ARP輔助寄存器指針1YesC進位位YesDP數(shù)據(jù)頁YesOV溢出位YesOVM溢出模式0NoPM乘積移位模式0NoSXM符號擴展模式Y(jié)esTC測試位YesC語言和匯編語言的混合編程語言和匯編語言的混合編程C語言的寄存器規(guī)則語言的寄存器規(guī)則堆棧指針、結(jié)構(gòu)指針和局部變量指針堆棧指針、結(jié)構(gòu)指針和局部變量指針堆棧指針SPAR1堆棧指針SP，指向堆棧的下一個可訪問單元堆棧從低地址向高地址增長結(jié)構(gòu)（frame）指針FP當一個函數(shù)要求局部存

6、儲時（如局部變量、暫存單元），它將在堆棧中建立自己的操作空間（局部結(jié)構(gòu)），該局部結(jié)構(gòu)在函數(shù)進入時在堆棧中建立分配，在函數(shù)返回時釋放分配AR0結(jié)構(gòu)指針FP，指向當前結(jié)構(gòu)的開始處FP指向的局部結(jié)構(gòu)的第一個單元被用作暫時存儲單元，以允許寄存器之間的數(shù)據(jù)傳輸，且對于C函數(shù)的重入是必須的局部變量指針LVPAR2局部變量指針LVP所有存儲在局部結(jié)構(gòu)中的對象，包括參數(shù)，都通過LVP進行間接訪問 C語言和匯編語言的混合編程語言和匯編語言的混合編程C語言的寄存器規(guī)則語言的寄存器規(guī)則寄存器變量寄存器變量l寄存器變量是局部變量，位于寄存器中（不是存儲器中）的編譯器的臨時變量l編譯器使用這些寄存器變量的方式取決于是否

7、使用了優(yōu)化器表達式分析寄存器表達式分析寄存器l表達式分析寄存器用于計算表達式的值并保存臨時的結(jié)果l表達式分析寄存器的內(nèi)容在被調(diào)函數(shù)中不被保護l任何用于臨時存儲的表達式分析寄存器在函數(shù)調(diào)用前被保存在局部結(jié)構(gòu)中返回值返回值l函數(shù)返回值放在累加器中 C語言和匯編語言的混合編程語言和匯編語言的混合編程C語言的函數(shù)調(diào)用規(guī)則語言的函數(shù)調(diào)用規(guī)則 3 C語言的函數(shù)調(diào)用規(guī)則如何產(chǎn)生函數(shù)調(diào)用如何產(chǎn)生函數(shù)調(diào)用一個函數(shù)（父函數(shù)）在調(diào)用其它函數(shù)（子函數(shù)）執(zhí)行以下任務(wù)注意：注意：ARP必須設(shè)為必須設(shè)為11）父函數(shù)將參數(shù)以顛倒的順序壓入堆棧，最右邊聲明的參數(shù)第一個壓入堆棧，最左邊的參數(shù)最后一個壓入堆棧，即最左邊的參數(shù)在棧頂

8、2）父函數(shù)調(diào)用子函數(shù)3）父函數(shù)假定從子函數(shù)返回時，ARP將被置為14）完成調(diào)用后，父函數(shù)以SBRK n （n是壓入堆棧的參數(shù)個數(shù)）將參數(shù)彈出堆棧C語言和匯編語言的混合編程語言和匯編語言的混合編程C語言的函數(shù)調(diào)用規(guī)則語言的函數(shù)調(diào)用規(guī)則被調(diào)函數(shù)如何相應(yīng)響應(yīng)被調(diào)函數(shù)如何相應(yīng)響應(yīng) 被調(diào)函數(shù)（子函數(shù)）需要完成以下任務(wù)在函數(shù)的入口，在函數(shù)的入口，ARP假定已經(jīng)設(shè)置為假定已經(jīng)設(shè)置為11）將返回地址從硬件堆棧中彈出，并壓入軟件堆棧中2）將原FP壓入軟件堆棧3）分配局部結(jié)構(gòu)4）如果子函數(shù)中修改了AR6和/或AR7，則將它們壓入堆棧，其它的任何寄存器可能被無保存地修改5）執(zhí)行該函數(shù)的代碼6）將返回值放入累加器7）

9、設(shè)置ARP為AR18）如果AR6和/或AR7被保存，則恢復它們9）釋放局部結(jié)構(gòu)分配10）恢復原FP11）從軟件堆棧中復制返回地址，并壓入硬件堆棧12）返回父函數(shù)C語言和匯編語言的混合編程語言和匯編語言的混合編程C語言的函數(shù)調(diào)用規(guī)則語言的函數(shù)調(diào)用規(guī)則l例例C語言和匯編語言的混合編程語言和匯編語言的混合編程C語言的函數(shù)調(diào)用規(guī)則語言的函數(shù)調(diào)用規(guī)則被調(diào)函數(shù)的特殊情況被調(diào)函數(shù)的特殊情況沒有將返回地址移到軟件堆棧中如果被調(diào)函數(shù)（子函數(shù)）沒有調(diào)用其它函數(shù)，或只調(diào)用了一個運行支持函數(shù)，且編譯器知道該函數(shù)不會超過8級深度的調(diào)用，即不會發(fā)生硬件堆棧的溢出，則就不必將返回地址從硬件堆棧中彈出，又壓入軟件堆棧中沒有分

10、配局部結(jié)構(gòu)如果沒有局部變量，也沒有使用由AR0（FP）指向的暫時存儲單元，則不必分配局部結(jié)構(gòu)參數(shù)和局部變量的訪問參數(shù)和局部變量的訪問l參數(shù)和局部變量通過LVP（AR2）來訪問l參數(shù)總是相對于FP的負偏移量l局部變量總是相對于FP的正偏移量C語言和匯編語言的混合編程語言和匯編語言的混合編程C語言與匯編語言的接口語言與匯編語言的接口 4 C語言與匯編語言的接口 獨立的獨立的C和匯編模塊接口和匯編模塊接口在編寫匯編語言時必須遵循有關(guān)的寄存器規(guī)則和調(diào)用規(guī)則，否則可能會破壞C的運行環(huán)境在編寫?yīng)毩⒌膮R編程序時，必須注意以下幾點：無論是C函數(shù)還是匯編函數(shù)，都必須遵循寄存器使用規(guī)則必須保護函數(shù)要用到的幾個專用

11、寄存器，專用寄存器包括：AR0（FP）、AR1（SP）、AR6和AR7；其中，如果SP正常使用的話，則不必明確加以保護，即只要匯編函數(shù)在返回時彈出壓入的對象，實際上就已經(jīng)保護了SP其它寄存器可以自由使用 C語言和匯編語言的混合編程語言和匯編語言的混合編程C語言與匯編語言的接口語言與匯編語言的接口如果改變了狀態(tài)位域的假定值，則函數(shù)返回時必須被恢復，尤其是ARP，必須為1中斷程序必須保護所有用到的寄存器匯編語言調(diào)用C函數(shù)時，將參數(shù)以逆序壓入軟件堆棧，函數(shù)調(diào)用后彈出堆棧調(diào)用C函數(shù)時，C函數(shù)只保護幾個專用寄存器，C函數(shù)可能改變其它任何寄存器的內(nèi)容長整型和浮點數(shù)在存儲器中存放的順序是低位字在低地址，高位

12、字在高地址如果函數(shù)有返回值，則返回值存放在累加器ACC中匯編程序不能改變由C產(chǎn)生的.cinit段的內(nèi)容，否則可能會引起不可預測的后果編譯器在所有的C標識符（函數(shù)名、變量名等）前加下劃線“_”；因此，在編寫匯編程序時，必須在C程序要訪問的對象前加下劃線“_”；例如，在C程序中定義了變量x，在匯編語言中使用時為_x；如果僅在匯編語言中使用的標識符，則不必加下劃線任何在匯編程序中定義的對象或函數(shù)，如果需要在C程序中訪問或調(diào)用，則必須用.global匯編偽指令聲明；同樣，在C程序中定義的對象或函數(shù)，如果需要在匯編程序中訪問或調(diào)用，在匯編程序中也必須用.global匯編偽指令聲明 C語言和匯編語言的混合

13、編程語言和匯編語言的混合編程C語言與匯編語言的接口語言與匯編語言的接口例：C程序main函數(shù)調(diào)用一個匯編函數(shù)asmfunc，asmfunc函數(shù)只有一個參數(shù)，該參數(shù)與C中的全局變量gvar相加，返回該結(jié)果例中可以不必將返回地址從硬件堆棧移到軟件堆棧中，因為asmfunc函數(shù)沒有進行別的調(diào)用 C語言和匯編語言的混合編程語言和匯編語言的混合編程C語言與匯編語言的接口語言與匯編語言的接口在在C程序中直接嵌入?yún)R編語句程序中直接嵌入?yún)R編語句在C程序中使用asm語句嵌入單行的匯編語句優(yōu)點：簡單，在C程序中可以實現(xiàn)C語言無法實現(xiàn)的一些硬件控制功能，如修改中斷控制寄存器、中斷的是能或無效、讀取狀態(tài)寄存器和中斷標

14、志寄存器等缺點：容易破壞C環(huán)境，因為C編譯器不對嵌入的匯編語句進行檢測和分析 注意在C代碼中嵌入跳轉(zhuǎn)語句或標識符可能會產(chǎn)生無法預知的結(jié)果不要改變C變量的值，但可以安全地讀任何變量的當前值不要嵌入?yún)R編偽指令，這會破壞匯編語言環(huán)境C語言和匯編語言的混合編程語言和匯編語言的混合編程C語言與匯編語言的接口語言與匯編語言的接口在在C代碼中訪問匯編語言變量代碼中訪問匯編語言變量l在匯編語言中定義變量，變量名前加下劃線“_”l使用.global聲明為全局變量l在C程序中聲明該變量為外部的，并正常地對它訪問 C語言和匯編語言的混合編程語言和匯編語言的混合編程C語言與匯編語言的接口語言與匯編語言的接口2C語言和匯編語言的混合編程語言和匯編語言的混合編程C語言與匯編語言的接口語言與匯編語言的接口在匯編語言中