ARM 汇编写启动代码之设置栈和调用C语言_arm调用c语言程序

一、C语言运行时需要和栈的意义

“C语言运行时（runtime）”需要一定的条件，这些条件由汇编来提供。C语言运行时主要是需要栈。

C语言与栈的关系：C语言中的局部变量都是用栈来实现的。如果我们汇编部分没有给 C 部分预先设置合理合法的栈地址，那么 C 代码中定义的局部变量就会落空，整个程序就死掉了。

我们平时在编写单片机程序（譬如 51 单片机）或者编写应用程序时并没有去设置栈，但是 C 程序还是可以运行的。原因是：在单片机中由硬件初始化时提供了一个默认可用的栈，在应用程序中我们编写的 C 程序其实并不是全部，编译器（gcc）在链接的时候会帮我们自动添加一个头，这个头就是一段引导我们的 C 程序能够执行的一段汇编实现的代码，这个代码中就帮我们的 C 程序设置了栈及其他的运行时需要。

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二、CPU模式和各种模式下的栈

在ARM中 37 个寄存器中，每种模式下都有自己的独立的 SP 寄存器（r13），为什么这么设计？

如果各种模式都使用同一个 SP，那么就意味着整个程序（操作系统内核程序、用户自己编写的应用程序）都是用一个栈的。你的应用程序如果一旦出错（譬如栈溢出），就会连累操作系统的栈也损坏，整个操作系统的程序就会崩溃。这样的操作系统设计是非常脆弱的，不合理的。

解决方案就是各种模式下用不同的栈。我的操作系统内核使用自己的栈，每个应用程序也使用自己独立的栈，这样各是各的，一个损坏不会连累其他人。

我们现在要设置栈，不可能也懒的而且也没有必要去设置所有的栈，我们先要找到自己的模式，然后设置自己的模式下的栈到合理合法的位置，即可。

注意：系统在复位后默认是进入SVC模式的。
我们如何访问SVC模式下的SP呢？很简单，先把模式设置为SVC，再直接操作SP。
但是因为我们复位后就已经是SVC模式了，所以直接设置SP即可。
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三、查阅文档并设置栈指针至合法位置

栈必须是当前一段可用的内存（可用的意思是这个地方必须有被初始化过可以访问的内存，而且这个内存只会被我们用作栈，不会被其他程序征用）。

当前 CPU 刚复位（刚启动），外部的 DRRAM 尚未初始化，目前可用的内存只有内部的 SRAM（因为它不需初始化即可使用）。因此我们只能在 SRAM 中找一段内存来作为 SVC 的栈。

栈有四种：满减栈 满增栈 空减栈 空增栈
满栈：进栈：先移动指针再存； 出栈：先出数据再移动指针
空栈：xxx
减栈：进栈：指针向下移动；	 出栈：指针向上移动
增栈：xxx
在 ARM 中，ATPCS（ARM 关于程序应该怎么实现的一个规范）要求使用满减栈，所以不出意外都是用满减栈
结合 iROM_application_note 中的 memory map ，可知 SVC 栈应该设置为 0xd0037D80。
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四、汇编程序和C程序互相调用

bl cfuncion
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1. C 函数的编写和被汇编调用

在工程中新建并且添加一个C语言源文件（led.c），注意添加时要修改 Makefile。
在汇编启动代码中设置好栈后，使用 bl xxx 的方式来调用 C 中的函数 xxx。
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2. 使用 C 语言来访问寄存器的语法

寄存器的地址类似于内存地址（IO与内存统一编址的），所以这里的问题是用C语言读写寄存器，就是用C语言
来读写内存地址。用C语言来访问内存，就要用到指针：
unsigned int *p = (unsigned int *)0x0xE0200240;
*p = 0x11111111;

上面这两句其实可以简化为1句：*((unsigned int *)0x0xE0200240) = 0x11111111;
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3. 源代码

root@ubuntu:/home/aston/workspace/git_xxx# ls
led.c  Makefile  mkgcc.sh  mkv210_image.c  readme.txt  start.S  write2sd  说明.txt
root@ubuntu:/home/aston/workspace/git_xxx# cat Makefile 
led.bin: start.o led.o
	arm-linux-ld -Ttext 0x0 -o led.elf $^
	arm-linux-objcopy -O binary led.elf led.bin
	arm-linux-objdump -D led.elf > led_elf.dis
	gcc mkv210_image.c -o mkx210
	./mkx210 led.bin 210.bin
	
%.o : %.S
	arm-linux-gcc -o $@ $< -c -nostdlib

%.o : %.c
	arm-linux-gcc -o $@ $< -c -nostdlib

clean:
	rm *.o *.elf *.bin *.dis mkx210 -f

	
	
root@ubuntu:/home/aston/workspace/git_xxx# cat start.S 
/*
 * 文件名: led.S
 * 作者: xxx
 * 描述: 演示汇编设置栈并且调用 C 语言程序来点亮 LED 
 */


#define WTCON       0xE2700000

#define SVC_STACK   0xD0037D80  //满减栈

.global _start  //解决 make 编译警告: arm-linux-ld: warning: cannot find entry symbol _start; defaulting to 00000000
                // 把 _start 链接属性改为外部，这样其他文件就可以看见 _start 了
_start:
	//第 1 步,关看门狗(向 WTCON 的 bit5 写入 0 即可)
	ldr r0, =WTCON
	ldr r1, =0x0
	str r1, [r0]

	
	//第 2 步, 设置 SVC 栈(复位之后, 自动进入 SVC 模式)
	ldr sp, =SVC_STACK

	//从这里之后, 就可以开始调用 C 程序了
    bl  led_blink

//汇编最后的这个死循环不能丢
	b   .
	

root@ubuntu:/home/aston/workspace/git_xxx# cat led.c 
#define GPJ0CON     0xE0200240
#define GPJ0DAT     0xE0200244 

#define rGPJ0CON    *((volatile unsigned int*)GPJ0CON)
#define rGPJ0DAT    *((volatile unsigned int*)GPJ0DAT) 

void delay(void);

//该函数要实现 led 闪烁效果
void led_blink(void)
{
    //led 初始化，也就是把 GPJ0CON 中设置为输出模式
    //unsigned int* p   =  (unsigned int*)GPJ0CON;
    //unsigned int* p1  =  (unsigned int*)GPJ0DAT;

    //*p = 0x11111111;
    rGPJ0CON = 0x11111111;

    while (1)
    {
	rGPJ0DAT = (0 << 3) | (0 << 4) | (0 << 5);
	delay();

	rGPJ0DAT = (1 << 3) | (1 << 4) | (1 << 5);
	delay();
    }
}

void delay(void)
{
    volatile unsigned int i = 1000000;  // volatile 让编译器不要优化，这样才能真正的减
    while (i--);                        //才能消耗时间, 实现 delay
}
root@ubuntu:/home/aston/workspace/git_xxx# make
arm-linux-gcc -o start.o start.S -c -nostdlib
arm-linux-gcc -o led.o led.c -c -nostdlib
arm-linux-ld -Ttext 0x0 -o led.elf start.o led.o
arm-linux-objcopy -O binary led.elf led.bin
arm-linux-objdump -D led.elf > led_elf.dis
gcc mkv210_image.c -o mkx210
./mkx210 led.bin 210.bin
root@ubuntu:/home/aston/workspace/git_xxx# 
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4. 神奇的 volatile

volatile 的作用是让程序在编译时，编译器不对程序做优化。优化有时候是 ok 的，但是有时候是自作聪明会造成
程序不对。如果你的一个变量是易变的，不希望编译器帮我们做优化，就在这个变量定义时加 volatile。

加不加有没有差别，取决于编译器。如果编译器做了优化则有差异；如果编译器本身没做优化，那就没有差别。

在我们这里（编译器是arm-2009q3），实际测试加不加效果是一样的。
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5. 编译报错（实际上是连接阶段报错）：undefined reference to `__aeabi_unwind_cpp_pr1’

解决：在编译时添加-nostdlib这个编译选项即可解决。nostdlib就是不使用标准函数库。标准函数库就是编译器中
自带的函数库，用-nostdlib可以让编译器链接器优先选择我程序内自己写的函数库。
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源自朱有鹏老师.