S3C2440④ | ARM-THUMB子程序调用规则ATPCS

Mculover666

发布于 2020-07-16 10:57:19

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发布于 2020-07-16 10:57:19

在GPIO的实验中，我们首先编写汇编程序操作寄存器点亮LED，奈何汇编语言可读性和可移植性太差，所以编写启动代码，设置栈顶指针SP，然后调用C语言中的main函数，转入C语言的世界，由C语言访问控制寄存器，点亮LED，程序的可读性和可移植性大大提高，那么，我们可曾想过，在汇编语言中是如何来调用C语言入口函数main呢？

其实，对于ARM处理器，在ARM指令集汇编程序和THUMB指令集汇编程序中制定了子程序调用的规则 —— ATPCS规则，这个规则包括：

寄存器使用规则
数据栈使用规则
参数传递规则

1.寄存器使用规则

ARM处理器中有R0-R15这16个寄存器，每个寄存器都由ATPCS规则规定了用途，并根据其用途规定了别名，如下表所示：

寄存器	别名	用途
R15	pc	程序计数器
R14	lr	链接寄存器（用于保存子程序返回地址）
R13	sp	数据栈指针（指向栈顶）
R12	ip	子程序内部调用的scratch寄存器
R11	v8	ARM状态局部变量寄存器8
R10	v7	ARM状态局部变量寄存器7
R9	v6	ARM状态局部变量寄存器6
R8	v5	ARM状态局部变量寄存器5
R7	v4	ARM状态局部变量寄存器4
R6	v3	ARM状态局部变量寄存器3
R5	v2	ARM状态局部变量寄存器2
R4	v1	ARM状态局部变量寄存器1
R3	a4	参数/结果/scratch寄存器4
R2	a3	参数/结果/scratch寄存器3
R1	a2	参数/结果/scratch寄存器2
R0	a1	参数/结果/scratch寄存器1

总结如下：

子程序间通过寄存器R0-R3传递参数和返回结果；
子程序中通过寄存器R4-R11保存局部变量；
寄存器R12用作子程序间scratch寄存器；
寄存器R13用作数据栈指针，指向栈顶；
寄存器R14用作链接寄存器，保存子程序的返回地址；
寄存器R15用作程序计数器；

2. 数据栈使用规则

ATPCS规定数据栈为FD类型（Full Descending，满递减），即栈指针指向栈顶元素，并且向内存地址减小的方向增长，操作的时候对数据栈的操作是8字节对齐的，使用stmdb/ldmia批量内存访问指令来操作FD数据栈。

FD类型的数据栈具体是这样操作的：

保存内容时先递减SP指针，再保存数据；
恢复数据时先获得数据，再递增SP指针；

3.参数传递规则

函数调用传递参数时，如果不超过4个，使用R0-R3依次传递，如果超过4个，剩余的参数通过数据栈传递；
函数返回传递结果时，使用R0-R3依次传递；

实验 —— 汇编调用函数时传递参数实验

1. 实验目的

在汇编语言中调用函数并且传递参数。

2. 实验内容

main函数定义参数，如果传入参数是1，点亮第一个LED，如果传入参数是2，点亮第二个LED。

3. 实验代码

3.1.启动代码

@ brief:    S3C2440启动文件
@ author:    mculover666

.text
.global    _start

_start:
    @ 关闭看门狗
    LDR R0,=0x53000000
    MOV R1,#0
    STR R1,[R0]

    @ 设置栈顶指针SP（从Nand启动）
    LDR SP,=4096

    @ 传递参数1调用led_on，点亮第一个LED
    LDR R0,=1
    BL led_on

    @ 传递参数100000，调用delay,延时
    LDR R0,=100000
    BL delay

    @ 传递参数2调用led_on，点亮第二个LED
    LDR R0,=2
    BL led_on

    @ 程序暂停
halt:
    B   halt

3.2.C代码

void delay(volatile int xms)
{
    while(xms--);
}

int led_on(int led)
{

    if(led == 1)
    {
        /* 设置GPFCON寄存器，配置GPF4引脚为输出模式 */
        *(unsigned int *)0x56000050 &= ~(3<<(2*4));
        *(unsigned int *)0x56000050 |= 1<<(2*4);

        /* 设置GPFDAT寄存器，GPF4输出低电平，点亮LED */
        *(unsigned int *)0x56000054 &= ~(1<<4);     
    }
    else if(led == 2)
    {
        /* 设置GPFCON寄存器，配置GPF4引脚为输出模式 */
        *(unsigned int *)0x56000050 &= ~(3<<(2*5));
        *(unsigned int *)0x56000050 |= 1<<(2*5);

        /* 设置GPFDAT寄存器，GPF4输出低电平，点亮LED */
        *(unsigned int *)0x56000054 &= ~(1<<5);     
    }

    return 0;
}

3.3.编译

TARGET = led_blink

CFLAGS = -Wall    #输出所有warning

$(TARGET).bin:$(TARGET).elf
    arm-linux-objcopy -O binary -S $(TARGET).elf $(TARGET).bin

#注意：启动文件必须第一个链接
$(TARGET).elf:start.o $(TARGET).o
    arm-linux-ld -Ttext 0 start.o $(TARGET).o -o $(TARGET).elf

$(TARGET).o:$(TARGET).c
    arm-linux-gcc -c $(TARGET).c $(CFLAGS) -o $(TARGET).o
start.o:start.s
    arm-linux-gcc -c start.s $(CFLAGS) -o start.o

clean:
    rm -rf *.o *.elf *.bin

download_to_nand:
    #下载到nand flash
    oflash 0 1 0 0 0 $(TARGET).bin