1、第三章 汇编语言与 C 语言3.1 C 语言与汇编语言的比较本课程全程使用 C 语言来开发 S3C2410A。目前很少有用汇编语言来开发 ARM 系统了。相比较而言汇编语言的优势是执行效率高，但其劣势是代码效率较低，而 C 语言正好相反，其代码效率较高，执行效率较低。什么是执行效率？什么是代码效率？在嵌入式设计领域，一般执行效率就是程序的执行时间可以精确控制，从而可以使程序高效率的运行。采用汇编语言编写 ARM 程序，每一条指令的执行时间都是固定不变的（外部时钟确定） ，所以写出的程序每一步的执行时间都是可以精确控制的。这是采用汇编语言的优势所在。但是，相信有过用汇编语言进行程序设计经验的读者
2、在读别人用汇编语言写的程序时都会觉得十分吃力，尤其在碰到一些编程习惯不好的 coding，整个程序注释寥寥或者干脆没有，那么对于一般的设计人员来讲，这样的程序就是天书一卷了。这也就是所谓的程序可读性不高，不便于维护和移植重用。这也可以说是代码效率底下。C 语言编写的程序相对来说可读性高，便于移植重用，结构灵活。一个注释完全，结构完整的 C 程序很容易就读懂了，而且我们还可以把一些常用的代码封装成函数，这样就可以根据需要来直接调用这些函数。C 语言有了这些性质，相对于汇编语言其代码效率就较高了。C 语言有其优点，必然在嵌入式领域内还有其不足的地方。采用 C 语言编写的 ARM 驱动代码需要经过编
3、译器编译而生成相对应的汇编代码，最后生成可下载执行的二进制文件。在这个过程中，所生成的汇编代码完全由编译器所决定，这样一来对于一条 C 语句来讲预先不知道所生成的汇编代码有几多，所以也就无从精确判断程序执行的时间，这种特质也就是所谓的执行效率相对较低。在嵌入式控制领域，有一些设计对于程序的执行时间需要精确的把握，大多数设计对于程序的时间要求没有那么精确。故此，一般情况下 C 语言完全能够胜任开发任务。如果在设计中碰到了需要严格把握程序执行时间的地方，可以根据需要采取 C 语言和汇编语言混合编程的方法来处理。3.2 应用 C 语言开发 ARM 入门学过 51 单片机开发的读者都知道，控制单片机其
4、实就是对其内部的一些寄存器进行配置和操作。ARM 开发与单片机开发十分相似，只不过 ARM 的结构相对于单片机更为复杂，内部寄存器更多而已。1. 访问 S3C2410A 的功能寄存器采用汇编程序可以对 ARM 的寄存器进行操作，而采用 C 语言开发驱动则需要定义寄存器的头文件。对于达盛的试验系统来讲，S3C2410A 的寄存器定义头文件为 2410ADDR.H。在这个文件中，所有的 2410 芯片开发所用到的寄存器全部都进行了定义。在用 C 语言开发程序时，必须先包含这个头文件，然后在主程序中可以直接对定义好的寄存器进行操作。/ I/O PORT #define rGPACON (*(vola
5、tile unsigned *)0x56000000) /Port A control#define rGPADAT (*(volatile unsigned *)0x56000004) /Port A data#define rGPBCON (*(volatile unsigned *)0x56000010) /Port B control#define rGPBDAT (*(volatile unsigned *)0x56000014) /Port B data#define rGPBUP (*(volatile unsigned *)0x56000018) /Pull-up contro
6、l B上面几行程序就是从 2410ADDR.H 摘录出来的 I/O 口寄存器的部分定义。比如第一行定义意思是说端口 A 的控制寄存器命名为 rGPACON，其在 S3C2410A 芯片中的访问地址是0x56000000，在编写程序时，可以直接给 rGPACON 赋值，实际上也就是给地址0x56000000 赋值。例如：rGPGCON = rGPGCON 上面这个操作其实是对寄存器 rGPGCON 进行了相应的配置。再比如第二行程序定义了端口A 的数据寄存器并且命名为 rGPADAT，其在 S3C2410A 芯片中的访问地址是 0x56000004，我们也可以在程序中对 rGPADAT 进行赋值
7、，例如：rGPGDAT = rGPGDAT 2. 跳转操作在 ARM 汇编指令中有相应的跳转指令可以使用，那么对应于 C 语言，跳转语句可以翻译成 if else 模式或者 switch case 模式。3. 循环操作在 C 语言中循环操作最为简单，可以采用 for 语句或者 while 语句都可以实现循环操作。4. C 语言变量的位数ARM 为 32 位 CPU，在 ARM 开发中有时会需要定义 8 位、16 位或者 32 位变量，这些变量实际上就对应着处理器中的通用寄存器。在一些特殊的时候还需要对数据精确到 bit来操作，这样就需要定义特殊的位段结构来实现（有兴趣的读者可以上网参考一些资料
8、，这里就不再赘述） 。所以我们应当清楚 C 语言中变量的范围和位数。下表列出了常用的 C变量的位数。数据类型 位数（byte）char，signed char，unsigned char 1short， signed short，unsigned short 2int，signed int，unsigned int 4long，signed long，unsigned long 45. ARM C 语言程序的使用规则在 ARM 程序的开发中，需要大量读写硬件寄存器，并且尽量缩短程序的执行时间的代码一般使用汇编语言来编写，比如 ARM 的启动代码，ARM 的操作系统的移植代码等，除此之外，绝大多
9、数代码可以使用 C 语言来完成。C 语言使用的是标准的 C 语言， ARM 的开发环境实际上就是嵌入了一个 C 语言的集成开发环境，只不过这个开发环境和 ARM 的硬件紧密相关。在使用 C 语言时，要用到和汇编语言的混合编程。当汇编代码较为简洁，则可使用直接内嵌汇编的方法，否则，使用将汇编文件以文件的形式加入项目当中，通过 ATPCS 的规定与 C 程序相互调用与访问。ATPCS，就是 ARM、Thumb 的过程调用标准（ARM/Thumb Procedure Call Standard） ，它规定了一些子程序间调用的基本规则。如寄存器的使用规则，堆栈的使用规则，参数的传递规则等。在 C 程序
10、和 ARM 的汇编程序之间相互调用必须遵守 ATPCS。而使用 ADS 的 C 语言编译器编译的 C 语言子程序满足用户指定的 ATPCS 的规则。但是，对于汇编语言来说，完全要依赖用户保证各个子程序遵循 ATPCS 的规则。具体来说，汇编语言的子程序应满足下面 3个条件：（1） 在子程序编写时，必须遵守相应的 ATPCS 规则；（2）堆栈的使用要遵守相应的 ATPCS 规则；（3）在汇编编译器中使用-atpcs 选项。（4）汇编程序调用 C 程序 汇编程序的设置要遵循 ATPCS 规则，保证程序调用时参数正确传递。 在汇编程序中使用 IMPORT 伪指令声明将要调用的 C 程序函数。 在调用
11、 C 程序时，要正确设置入口参数，然后使用 BL 调用。（5）C 程序调用汇编程序 汇编程序的设置要遵循 ATPCS 规则，保证程序调用时参数正确传递。 在汇编程序中使用 EXPORT 伪指令声明本子程序，使其他程序可以调用此子程序。 在 C 语言中使用 extern 关键字声明外部函数（声明要调用的汇编子程序） 。在 C 语言的环境内开发应用程序，一般需要一个汇编的启动程序，从汇编的启动程序，跳到 C 语言下的主程序，然后，执行 C 程序，在 C 环境下读写硬件的寄存器，一般是通过宏调用，在每个项目文件的 Startup2410/INC 目录下都有一个 2410addr.h 的头文件，那里面
12、定义了所有关于 2410 的硬件寄存器的宏，对宏的读写，就能操作 2410 的硬件。具体的编程规则同标准 C 语言。6. 下面是一个简单的小例子IMPORT MainAREA Init ,CODE, READONLY;ENTRY LDR R0, =0x01d00000LDR R1, =0x245STR R1 , R0 ；把 0x245 放到地址 0X01D00000 BL Main ；跳转到 Main()函数处的 C/C+程序END ；标识汇编程序结束以上是一个简单的程序，先寄存器初始化，然后跳转到 Main()函数标识的 C/C+代码处，执行主要任务，此处的 Main 是声明的 C 语言中的
13、 Main()函数。对宏的预定义，在 2410addr.h 中已定义，如：#define rGPGCON (*(volatile unsigned *)0x56000060) /Port G control#define rGPGDAT (*(volatile unsigned *)0x56000064) /Port G data#define rGPGUP (*(volatile unsigned *)0x56000068) /Pull-up control G在程序中实现，for(;)if(flag=0) for(i=0;i#include “INCconfig.h“/头文件包含，conf
14、ig.h 中已经包含了 2410ADDR.Hvoid Main(void) /主函数入口int i,j; /定义了两个 32 位的变量Target_Init(); /目标初始化函数调用rGPGCON = rGPGCON /配置端口 G 的控制寄存器rGPGDAT = rGPGDAT /向端口 G 的数据寄存器写数据for(i=0;i4000000;i+);/延时功能for(i=0;i4000000;i+);/延时功能for(;)/死循环，等同于 while(1)rGPGDAT = rGPGDAT for(i=0;i4000000;i+); /延时for(i=0;i4000000;i+); /延
15、时rGPGDAT = rGPGDAT for(j=0;j4000000;j+); /延时for(j=0;j4000000;j+); /延时注：一个好的程序不仅结构要紧凑严谨，同时还要有大量的注释以便别人阅读和维护。8. 实验（1）实验内容用 C 语言编写一个简单的应用程序（2）实验设备 EL-ARM-830 教学实验箱，PentiumII 以上的 PC 机，仿真调试电缆，串口电缆。 PC 操作系统 WIN98 或 WIN2000 或 WINXP，ADS1.2 集成开发环境，仿真调试驱动程序（3）实验步骤 本实验仅使用实验教学系统的 CPU 板，串口。在进行本实验时，LCD 电源开关、音频的左右
16、声道开关、AD 通道选择开关、触摸屏中断选择开关等均应处在关闭状态。 在 PC 机并口和实验箱的 CPU 板上的 JTAG 接口之间，连接 WIGGER 调试电缆，以及串口间连接公/母接头串口线。 检查连接是否可靠，可靠后，接入电源线，系统上电,打开 H_JTAG 软件检测CPU。 打开 ADS1.2 开发环境，从里面打开实验程序HARDWAREADS实验三C.mcp 项目文件，进行编译。 编译通过后，进入 ADS1.2 调试界面，加载实验程序HARDWAREADS实验一C_DataDebug 中的映象文件程序映像 C.axf。 打开/实验软件/tools/目录下的串口调试助手工具，配置为波特
17、率为 115200，校验位无，数据位为 8，停止位为 1。不要选十六进制显示。之后，在 ADS 调试环境下全速运行映象文件，应出现图 3.1 界面。本程序连续发送 55。图 3.1下边分析一下主程序的源码。#include “incconfig.h“ /嵌入包括硬件的头文件unsigned char data; /定义全局变量void Main(void)Target_Init(); /目标板初始化，定义串口的硬件初始化在/target.c 中定义Delay(10); /延时data = 0x55; /给全局变量赋值while(1)Uart_Printf(“%x “,data); /串口 0 输出Delay(10); 把 data = 0x55;语句中的 0x55,换成其他 8 位数，重新编译，下载，看看串口工具上输出是什么内容。
