自己动手, 理解函数调用

汇编程序之间原则上不需要通过栈进行相互调用, 而 c 程序之间基于栈的相互调用在编译器的处理下是对编程者屏蔽的, 所以, 要动手理解 ARM 程序的调用方式, 最好的选择是进行 c 程序与汇编程序的相互调用.

c 程序调用汇编程序

在 c 程序的 main 函数中调用一段汇编程序, 实现字符串的复制.

首先, 在之前创建的 Keil 工程的基础上, 移除 Target 中的所有源文件.

打开文件夹 "./Task1/call", 发现这里已经为你准备好了本实验需要的启动文件, 直接将其添加至工程 Target 中即可. 打开启动文件, 你会发现这里多了几行用于栈初始化的代码 (记住这句话, 待会要考).

然后在 "./Task1/call" 中新建文件 "main.c" 和 "strcopy.s" 并添加至工程 Target 中.

在 "main.c" 中添加以下代码:

#include <string.h>
#include <stdint.h>
#include <stdio.h>

extern void strcopy(char *d, const char *s);

int main()
{
    char srcstr[] = "First string - soure";         /* 定义源字符串数组并初始化 */
    char dststr[] = "Second string - destination";  /* 定义目的字符串数组并初始化 */
    strcopy(dststr,srcstr);                         /* 调用字符串复制汇编函数 */
    return 0;
}

在 "strcopy.s" 中添加以下代码:

            AREA SCopy, CODE, READONLY
            EXPORT  strcopy
strcopy
            LDRB     r2,     [r1]    ; r1对应源字符串首地址，利用寄存器间接寻址读取字符
            ADDS     r1,     #1
            STRB     r2,     [r0]    ; r0对应目的字符串首地址，利用寄存器间接寻址保存字符
            ADDS     r0,     #1
            CMP      r2,     #0      ; 判断字符串是否结束
            BNE      strcopy         ; 循环执行字符复制，直到字符串结束
            BX       lr              ; 汇编子程序返回
            END

保存文件后, 进行编译 (Build).

编译成功后, 运行仿真调试.

别慌, 一步一步来. 请一边单步运行, 一遍观察源代码窗口中程序的运行情况, 当程序进入 strcopy 程序后, 观察寄存器窗口中 r0 和 r1 的值, 此时的 r0 便是字符串拷贝的目的地址, r1 是字符串拷贝的源地址.

为了在接下来更直观地观察字符串拷贝的过程, 将当前 r0 的值拷贝到页面底部的 Memory 窗口中, 这时便可以看到该地址周围的所有数据.

字符串是采用 ASCII 标准编码的, 所以需要右键 Memory 区域选择 Ascii, 这样数据就以字符串的形式呈现出来了.

可以看到, 我们在 "main.c" 中定义的 dststr 出现在了字符串的目的地址处, 这时, 你可以单步运行, 观察 dststr 一步步被 srcstr 拷贝覆盖的过程, 也可以点击直接运行, 观察字符串拷贝的最终结果.

Stack_Size      EQU     0x00000400
                AREA    STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=4
Stack_Mem       SPACE   Stack_Size
__initial_sp

                AREA    RESET, DATA, READONLY
                EXPORT  __Vectors
__Vectors       DCD     __initial_sp              ; Top of Stack

extern void strcopy(char *d, const char *s);

汇编程序调用c程序

接下来的实验中, 我们将进行一个 "c调用汇编, 汇编再调用c" 的两层嵌套, 实现一个简单的数学运算功能: i+2i+3i+4i. 将 "main.c" 的内容更改为:

#include <string.h>
#include <stdint.h>
#include <stdio.h>
extern void f(void);
int main()
{
    f();
    return 0;
}

/*a+b+c+d+e*/
int g(int a, int b, int c, int d)
{
    return a + b + c + d;
}

在 "./Task1/call" 中创建汇编文件 "f.s" 并添加以下内容:

        EXPORT f
        PRESERVE8
        AREA f,CODE,READONLY
        ENTRY                        
        IMPORT g                 ; 声明g为外部引用符号
        PUSH   {lr}
        MOVS   r0, #2            ; i=2
        ADDS   r1, r0, r0        ; (R1)=i*2
        ADDS   r2, r1, r0        ; (R2)=i*3
        ADDS   r3, r1, r1        ; (R3)=i*4
        BL     g                 ; 调用C函数g()，返回值在R0中
        POP    {pc}

保持启动文件不变, 确保更改后的 "main.c" 和 "f.s" 已经添加至 Target, 编译并仿真调试. 仍然单步运行, 观察程序一步步从 main 函数进入 f 程序, 在 f 程序中, 根据 ATPCS 标准, 我们要将 g 函数需要的四个参数一一准备好, 分别放在 r0-r3 中. 单步运行程序, 直到程序进入 g 函数之前, 我们会看到参数 2, 4, 6, 8 已经被存放到了 r0-r3 中:

继续单步运行, 直到运行到 g 函数返回之前, 可以看到计算结果 2+4+6+8=20=14H 被存放到了 r0 中, 这是因为根据 ATPCS 标准, 函数返回的第一个数据应该存放到 r0 中.

继续单步运行, 观察程序一步步从 g 函数返回至 f 程序, 最后返回至 main 函数中.