1、4.1 概述概述4.1.1 嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的編程語(yǔ)言嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的編程語(yǔ)言匯編匯編C 目前使用的最多目前使用的最多C+ JAVA 第第4章章ARM的的C語(yǔ)言編程技術(shù)語(yǔ)言編程技術(shù) 滿足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求滿足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求 盡量減少執(zhí)行代碼和數(shù)據(jù)所占的空間盡量減少執(zhí)行代碼和數(shù)據(jù)所占的空間 在算法上的特殊考慮在算法上的特殊考慮 充分使用宏定義與條件編譯充分使用宏定義與條件編譯 運(yùn)用好位操作運(yùn)用好位操作 I/O端口變量的定義要使用修飾符端口變量的定義要使用修飾符volatile 編制中斷服務(wù)程序是要注意編制中斷服務(wù)程序是要注意 有時(shí)要使用可重入函數(shù)有時(shí)要使用可重入函數(shù) 4.1.2 嵌入式系統(tǒng)嵌入式系

2、統(tǒng)C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)考慮的問(wèn)題語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)考慮的問(wèn)題 字符型字符型最基本數(shù)據(jù)類型最基本數(shù)據(jù)類型 整型整型 浮點(diǎn)型浮點(diǎn)型 盡量少用盡量少用盡可能使用盡可能使用4.2 數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型 整型常量的表達(dá)整型常量的表達(dá) （1）十六進(jìn)制數(shù)需在數(shù)字前加前綴）十六進(jìn)制數(shù)需在數(shù)字前加前綴0 x （2）二進(jìn)制數(shù)需轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)表）二進(jìn)制數(shù)需轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)表示示2. I/O端口的變量一般要使用易變性修飾符端口的變量一般要使用易變性修飾符 volatile（含義為易變的）含義為易變的）修飾修飾使用使用volatile的修飾符定義的變量，表示對(duì)它的修飾符定義的變量，表示對(duì)它的訪問(wèn)不能采用緩存，不能將對(duì)幾次順序的的訪問(wèn)

3、不能采用緩存，不能將對(duì)幾次順序的訪問(wèn)優(yōu)化為一次訪問(wèn)。訪問(wèn)優(yōu)化為一次訪問(wèn)。使用使用Volatil修飾的變量能反映修飾的變量能反映I/O端口的實(shí)端口的實(shí)時(shí)變化。時(shí)變化。4.3 常量與變量常量與變量代碼代碼1：void main( void ) int *a=0 x58000000 / 定義定義I/O端口端口 *a=0 / 輸出低電平輸出低電平*a=1 / 輸出高電平輸出高電平*a=0 / 輸出低電平輸出低電平 程序的執(zhí)行結(jié)果程序的執(zhí)行結(jié)果I/O端口保持為端口保持為0 例：比較有無(wú)例：比較有無(wú)volatile修飾的變量的差異修飾的變量的差異 代碼代碼2：void main( void ) volat

4、ile int *a=0 x 0 x5800000050000000 / 定義定義I/O端口 *a=0 / 輸出低電平輸出低電平*a=1 / 輸出高電平輸出高電平*a=0 / 輸出低電平輸出低電平程序的執(zhí)行結(jié)果為程序的執(zhí)行結(jié)果為I/O端口先輸出為端口先輸出為0，然后，然后輸出為輸出為1，最后再輸出為，最后再輸出為0，即輸出一個(gè)脈沖，即輸出一個(gè)脈沖預(yù)處理指令預(yù)處理指令: :文件包含預(yù)處理指令文件包含預(yù)處理指令 宏定義預(yù)處理指令宏定義預(yù)處理指令 條件編譯預(yù)處理指令條件編譯預(yù)處理指令 #pragma#pragma4.4 預(yù)處理指令預(yù)處理指令1 宏定義宏定義宏定義：用一個(gè)指定的標(biāo)識(shí)符來(lái)代表一個(gè)數(shù)宏定義

5、：用一個(gè)指定的標(biāo)識(shí)符來(lái)代表一個(gè)數(shù)據(jù)或字符串。據(jù)或字符串。#define 標(biāo)識(shí)符標(biāo)識(shí)符 數(shù)據(jù)（或字符串）數(shù)據(jù)（或字符串）例例1： #define PI 3.1415926 其作用是其作用是PI定定義后在程序中的義后在程序中的PI 代替數(shù)據(jù)代替數(shù)據(jù)1。例例2：#define U8 unsigned char，其作用是，其作用是定義定義后在程序中的后在程序中的U8 都用都用unsigned char代替代替宏定義的基本思想是：宏定義的基本思想是：一次定義，多次使用一次定義，多次使用其優(yōu)點(diǎn)是：其優(yōu)點(diǎn)是： 可以用標(biāo)識(shí)符來(lái)代替長(zhǎng)的數(shù)據(jù)，減少需要可以用標(biāo)識(shí)符來(lái)代替長(zhǎng)的數(shù)據(jù)，減少需要輸入的數(shù)據(jù)或字符串；輸入的

6、數(shù)據(jù)或字符串； 用易于理解的標(biāo)識(shí)符來(lái)代替那些不太好記用易于理解的標(biāo)識(shí)符來(lái)代替那些不太好記的具體的數(shù)據(jù)，便于程序的理解和維護(hù)；的具體的數(shù)據(jù)，便于程序的理解和維護(hù)； 有利于程序的修改和升級(jí)，當(dāng)這個(gè)數(shù)據(jù)需有利于程序的修改和升級(jí)，當(dāng)這個(gè)數(shù)據(jù)需要修改時(shí)，只需改動(dòng)宏定義之處即可。要修改時(shí)，只需改動(dòng)宏定義之處即可。其作用類似于匯編中的偽指令其作用類似于匯編中的偽指令EQU還可以用指定的標(biāo)識(shí)符來(lái)代表一個(gè)內(nèi)存單元的數(shù)還可以用指定的標(biāo)識(shí)符來(lái)代表一個(gè)內(nèi)存單元的數(shù)#define rUTRSTAT0 (*(volatile unsigned char*) 0 x50000010)地址地址定義后，程序中定義后，程序中rU

7、TRSTAT0代表（代表（0 x50000010）中的數(shù)）中的數(shù)RAM中的中的I/O寄存器寄存器標(biāo)識(shí)符標(biāo)識(shí)符while(!(rUTRSTAT0 & 0 x1);例：例：#define rUTRSTAT0 (*(volatile unsigned char *) 0 x50000010)（0 x50000010）中的數(shù)與）中的數(shù)與1與后取反作為與后取反作為循環(huán)判斷的條件循環(huán)判斷的條件也可以進(jìn)行帶參數(shù)的宏定義。也可以進(jìn)行帶參數(shù)的宏定義。#define WrUTXH0(ch) (*(volatile unsigned char *)0 x50000020)=(unsigned char)(c

8、h)形式參數(shù)形式參數(shù)程序中宏調(diào)用程序中宏調(diào)用WrUTXH0(0 xa)的功能為：的功能為：（0 x50000020)=0 xa數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型地址地址#define WrUTXH0(ch) (*(volatile unsigned char *)0 x50000020)=(unsigned char)(ch)WrUTXH0(0 xa)帶參數(shù)的宏帶參數(shù)的宏RAM中的中的I/O寄存器寄存器#define RdURXH0( ) (*(volatile unsigned char *)0 x50000024)也可以進(jìn)行帶返回?cái)?shù)據(jù)的宏定義。也可以進(jìn)行帶返回?cái)?shù)據(jù)的宏定義。帶返回?cái)?shù)據(jù)的宏帶返回?cái)?shù)據(jù)的宏地址地

9、址#define RdURXH0() (*(volatile unsigned char *)0 x50000024) *Revdata=RdURXH0();程序中宏調(diào)用程序中宏調(diào)用*Revdata=RdURXH0( )的功能為：的功能為：將（將（0 x50000024)中的數(shù)據(jù)送到中的數(shù)據(jù)送到* Revdata 中中RAM中的中的I/O寄存器寄存器#define TRUE 1#define rUTRSTAT1 (*(volatile unsigned char*) 0 x50004010)#define WrUTXH1(ch) (*(volatile unsigned char *) 0 x

10、50004020)=(unsigned char)(ch)#define RdURXH1( )(*(volatile unsigned char *) 0 x50004024)練習(xí)：練習(xí)：嵌入式嵌入式C語(yǔ)言編程經(jīng)常用到位操作運(yùn)算：語(yǔ)言編程經(jīng)常用到位操作運(yùn)算：&與操作；例：與操作；例： x=rUTRSTAT0 & 0 x4 |或操作；例：或操作；例： x=x |0 xf y=PRSCVL|ADCCON異或操作；例：異或操作；例：a=a a 取反操作；例：取反操作；例：c= c右移操作；例：右移操作；例：d=8 3左移操作左移操作; 例：例：r=0 x1 15 PRSCVL =49

11、6 4.5 位運(yùn)算位運(yùn)算#define ADCCON_FLAG (0 x115)#define ADCCON_ENABLE_START_BYREAD(0 x11)#define PRSCVL (496)#define ADCCON_ENABLE_START (0 x1)#define STDBM (0 x02)#define PRSCEN (0 x114)練習(xí)：練習(xí)：子子函數(shù)函數(shù)聲明聲明main ( ) 函數(shù)調(diào)用函數(shù)調(diào)用 子子函數(shù)定義函數(shù)定義 聲明該函數(shù)聲明該函數(shù)使用該函數(shù)使用該函數(shù)定義函數(shù)定義函數(shù)方式一方式一先聲明主函數(shù)后定義先聲明主函數(shù)后定義4.6 函數(shù)的程序結(jié)構(gòu)函數(shù)的程序結(jié)構(gòu)函數(shù)函數(shù)定義

12、定義 main ( ) 函數(shù)調(diào)用函數(shù)調(diào)用 定義函數(shù)定義函數(shù)使用該函數(shù)使用該函數(shù)方式二方式二先定義主函數(shù)直接調(diào)用先定義主函數(shù)直接調(diào)用/*Copyright (c) 2004-2007 Zhangming up-, All rights reserved.by Zhangming 2004.5.12-程序功能程序功能- 串口通信串口通信 C main 函數(shù)函數(shù)-創(chuàng)建與修正時(shí)間創(chuàng)建與修正時(shí)間- 2004-5-12 創(chuàng)建創(chuàng)建 2005-1-10修正修正 */4.7 嵌入式系統(tǒng)C語(yǔ)言應(yīng)用程序的結(jié)構(gòu)#include #include #define U8 unsigned char#define TRUE

13、 1#define FALSE 0#pragma import(_use_no_semihosting_swi) / 不使用軟中斷不使用軟中斷 /*串口自發(fā)自收通信主函數(shù)串口自發(fā)自收通信主函數(shù)*/#define rUTRSTAT0 (*(volatile unsigned char*) 0 x50000010) /#define WrUTXH0(ch) (*(volatile unsigned char *)0 x50000020)=(unsigned char)(ch) /#define RdURXH0( )(*(volatile unsigned char *)0 x50000024) /

14、void Uart_SendByten(int ，U8);char Uart_Getchn(char* Revdata, int Uartnum, int timeout);void ARMTargetInit(void);void hudelay(int time);/*主函數(shù)主函數(shù)*/int main(void) char c11; char err; ARMTargetInit(); / 目標(biāo)板初始化目標(biāo)板初始化while(1) Uart_SendByten(0,0 xa);/向串口向串口0發(fā)送發(fā)送“換行換行”符符 Uart_SendByten(0,0 xd);/向串口向串口0發(fā)送發(fā)送“

15、回車回車”符符 err=Uart_Getchn(c1,0,0);/串口從超級(jí)終端接收數(shù)據(jù)串口從超級(jí)終端接收數(shù)據(jù) Uart_SendByten(0,c10); /串口向超級(jí)終端發(fā)送數(shù)據(jù)串口向超級(jí)終端發(fā)送數(shù)據(jù) /*串口串口0向發(fā)送數(shù)據(jù)子函數(shù)向發(fā)送數(shù)據(jù)子函數(shù)*/void Uart_SendByten(int Uartnum, U8 data) while(!(rUTRSTAT0 & 0 x4); / hudelay(10); /延時(shí)延時(shí)WrUTXH0(data); / /*串口串口0接收數(shù)據(jù)子函數(shù)接收數(shù)據(jù)子函數(shù)*/char Uart_Getchn(char* Revdata, int Uar

16、tnum, int timeout) while(!(rUTRSTAT0 & 0 x1); /*Revdata=RdURXH0(); /return TRUE; /串口串口0接收數(shù)據(jù)成功返回接收數(shù)據(jù)成功返回 4.8 嵌入式嵌入式C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)技巧語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)技巧 4.8.1 變量定義 4.8.2 參數(shù)傳遞 4.8.3 循環(huán)條件 4.8.1變量定義變量定義 在變量聲明的時(shí)候，最好把所有相同類型的變?cè)谧兞柯暶鞯臅r(shí)候，最好把所有相同類型的變量放在一起定義，這樣可以優(yōu)化存儲(chǔ)器布局。量放在一起定義，這樣可以優(yōu)化存儲(chǔ)器布局。由下由下例可以看出：例可以看出： 對(duì)于局部變量類型的定義，使用對(duì)于局部變量

17、類型的定義，使用short或或char來(lái)來(lái)定義變量并不是總能節(jié)省存儲(chǔ)空間。有時(shí)使用定義變量并不是總能節(jié)省存儲(chǔ)空間。有時(shí)使用3232位位intint或或unsinged intunsinged int局部變量更有效率一些，如下局部變量更有效率一些，如下圖所示：圖所示：變量定義中，為了精簡(jiǎn)程序，程序員總是竭力避變量定義中，為了精簡(jiǎn)程序，程序員總是竭力避免使用冗余變量。但有時(shí)使用冗余變量可以減少存免使用冗余變量。但有時(shí)使用冗余變量可以減少存儲(chǔ)器訪問(wèn)的次數(shù)這可以提高系統(tǒng)性能。儲(chǔ)器訪問(wèn)的次數(shù)這可以提高系統(tǒng)性能。 4.8.2參數(shù)傳遞 為了使單獨(dú)編譯的為了使單獨(dú)編譯的C語(yǔ)言程序和匯編語(yǔ)言程序和匯編程序能夠互

18、相調(diào)用，定義了統(tǒng)一的函數(shù)過(guò)程程序能夠互相調(diào)用，定義了統(tǒng)一的函數(shù)過(guò)程調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)ATPCS。ATPCS定義了寄存器組定義了寄存器組中的中的R0R3作為參數(shù)傳遞和結(jié)果返回寄存作為參數(shù)傳遞和結(jié)果返回寄存器，如果參數(shù)數(shù)目超過(guò)四個(gè)，則使用堆棧進(jìn)器，如果參數(shù)數(shù)目超過(guò)四個(gè)，則使用堆棧進(jìn)行傳遞。行傳遞。 內(nèi)部寄存器的訪問(wèn)速度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于存內(nèi)部寄存器的訪問(wèn)速度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于存儲(chǔ)器的，所以要盡量使參數(shù)傳遞在寄存器里儲(chǔ)器的，所以要盡量使參數(shù)傳遞在寄存器里面進(jìn)行，即應(yīng)盡量把函數(shù)的參數(shù)控制在四個(gè)面進(jìn)行，即應(yīng)盡量把函數(shù)的參數(shù)控制在四個(gè)以下。以下。 4.8.3循環(huán)條件循環(huán)條件 計(jì)數(shù)循環(huán)是程序中十分常用的流程控制計(jì)數(shù)循環(huán)是程序

19、中十分常用的流程控制結(jié)構(gòu)，一般有以下兩種形式：結(jié)構(gòu)，一般有以下兩種形式：for for （loop=1loop=1；loop=limitloop=limit；loop+loop+） for for （loop=limitloop=limit；loop!=0loop!=0；loop-loop-）這兩種循環(huán)形式在邏輯上并沒有效率差這兩種循環(huán)形式在邏輯上并沒有效率差異，但是映射到具體的體系結(jié)構(gòu)中時(shí)，就異，但是映射到具體的體系結(jié)構(gòu)中時(shí)，就產(chǎn)生了很大的不同，如下圖所示。產(chǎn)生了很大的不同，如下圖所示。 4.9 C與匯編語(yǔ)言混合編程與匯編語(yǔ)言混合編程 4.9.1 ATPCS介紹 4.9.2 內(nèi)嵌匯編 4.9

20、.3 C和ARM匯編程序間相互調(diào)用4.9.1ATPCS介紹 ATPCS（ARM-Thumb Produce Call Standard）是是ARM程序和程序和Thumb程序中程序中子程序調(diào)用的基本規(guī)則，目的是為了使單子程序調(diào)用的基本規(guī)則，目的是為了使單獨(dú)編譯的獨(dú)編譯的C語(yǔ)言程序和匯編程序之間能夠語(yǔ)言程序和匯編程序之間能夠相互調(diào)用。這些基本規(guī)則包括子程序調(diào)用相互調(diào)用。這些基本規(guī)則包括子程序調(diào)用過(guò)程中過(guò)程中寄存器的使用規(guī)則寄存器的使用規(guī)則、數(shù)據(jù)棧的使用數(shù)據(jù)棧的使用規(guī)則規(guī)則和和參數(shù)的傳遞規(guī)則參數(shù)的傳遞規(guī)則。 寄存器的使用規(guī)則寄存器寄存器別名別名特殊名特殊名使用規(guī)則使用規(guī)則R0a1 參數(shù)參數(shù)/結(jié)果結(jié)果

21、scratch寄存器寄存器1R1a2 參數(shù)參數(shù)/結(jié)果結(jié)果scratch寄存器寄存器2R2a3 參數(shù)參數(shù)/結(jié)果結(jié)果scratch寄存器寄存器3R3a4 參數(shù)參數(shù)/結(jié)果結(jié)果scratch寄存器寄存器4R4v1 ARM狀態(tài)局部變量寄存器狀態(tài)局部變量寄存器1R5v2 ARM狀態(tài)局部變量寄存器狀態(tài)局部變量寄存器2R6v3 ARM狀態(tài)局部變量寄存器狀態(tài)局部變量寄存器3R7v4wrARM狀態(tài)局部變量寄存器狀態(tài)局部變量寄存器4Thumb狀態(tài)工作寄存器狀態(tài)工作寄存器R8v5 ARM狀態(tài)局部變量寄存器狀態(tài)局部變量寄存器5R9v6sbARM狀態(tài)局部變量寄存器狀態(tài)局部變量寄存器6，在支持在支持RWPI的的ATPCS中

22、為靜態(tài)基址寄存器中為靜態(tài)基址寄存器R10v7slARM狀態(tài)局部變量寄存器狀態(tài)局部變量寄存器7，在支持?jǐn)?shù)據(jù)棧檢查的在支持?jǐn)?shù)據(jù)棧檢查的ATPCS中為數(shù)據(jù)棧限制指針中為數(shù)據(jù)棧限制指針R11v8fpARM狀態(tài)局部變量寄存器狀態(tài)局部變量寄存器8/幀指針幀指針R12 ip子程序內(nèi)部調(diào)用的子程序內(nèi)部調(diào)用的scratch寄存器寄存器R13 sp數(shù)據(jù)棧指針數(shù)據(jù)棧指針R14 lr連接寄存器連接寄存器R15 pc程序計(jì)數(shù)器程序計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)棧的使用規(guī)則根據(jù)堆棧指針指向位置的不同 和增長(zhǎng)方向的不同可以分為以下4種數(shù)據(jù)棧 ： FD （Full Descending） 滿遞減 ED （Empty Descending）空遞減

23、 FA （Full Ascending） 滿遞增 EA （Empty Ascending） 空遞增ATPCS規(guī)定數(shù)據(jù)棧為FD（滿遞減）類型，并且對(duì)數(shù)據(jù)棧的操作是8字節(jié)對(duì)齊的。 參數(shù)的傳遞規(guī)則參數(shù)個(gè)數(shù)固定的子程序參數(shù)傳遞規(guī)則： 第一個(gè)整數(shù)參數(shù)，通過(guò)寄存器R0R3來(lái)傳遞。其他參數(shù)通過(guò)數(shù)據(jù)棧傳遞。 參數(shù)個(gè)數(shù)可變的子程序參數(shù)傳遞規(guī)則： 當(dāng)參數(shù)不超過(guò)4個(gè)時(shí)，可以使用寄存器R0R3來(lái)傳遞參數(shù)；當(dāng)參數(shù)超過(guò)4個(gè)時(shí)，還可以使用數(shù)據(jù)棧來(lái)傳遞參數(shù) 子程序結(jié)果返回規(guī)則 結(jié)果為一個(gè)32位的整數(shù)時(shí)，可以通過(guò)寄存器R0返回；結(jié)果為一個(gè)64位整數(shù)時(shí)，可以通過(guò)寄存器R0和R1返回，依次類推。 NEXT4.9.2內(nèi)嵌匯編 在C程

24、序中嵌入?yún)R編程序可以實(shí)現(xiàn)一些高級(jí)語(yǔ)言沒有的功能，并可以提高執(zhí)行效率。 內(nèi)嵌的匯編指令包括大部分的ARM指令和Thumb指令，但是不能直接引用C的變量定義，數(shù)據(jù)交換必須通過(guò)ATPCS進(jìn)行。嵌入式匯編在形式上表現(xiàn)為獨(dú)立定義的函數(shù)體。 內(nèi)嵌匯編指令的語(yǔ)法格式 _asm（“指令；指令”）； ARM C匯編器使用關(guān)鍵字“_asm。如果有多條匯編指令需要嵌入，可以用“”將它們歸為一條語(yǔ)句。如： _asm 指令；指令指令 需要特別注意的是_asm是兩個(gè)下劃線。 內(nèi)嵌匯編指令的應(yīng)用舉例4.9.3 C和ARM匯編程序間相互調(diào)用 在C和ARM匯編程序之間相互調(diào)用必須遵守ATPCS（ARM-Thumb Proced

25、ure Call Standard）規(guī)則。C和匯編之間的相互調(diào)用可以從以下這三方面來(lái)介紹：匯編程序?qū)全局變量的訪問(wèn)在C語(yǔ)言程序中調(diào)用匯編程序在匯編程序中調(diào)用C語(yǔ)言程序匯編程序訪問(wèn)全局C變量 匯編程序可以通過(guò)地址間接訪問(wèn)在C語(yǔ)言程序中聲明的全局變量。通過(guò)使用IMPORT關(guān)鍵詞引人全局變量，并利用LDR和STR指令根據(jù)全局變量的地址可以訪問(wèn)它們。 對(duì)于不同類型的變量，需要采用不同選項(xiàng)的LDR和STR指令，如下所示： unsigned char LDRB/STRBunsigned short LDRH/STRHunsigned int LDR/STRchar LDRSB/STRSBshort LDRSH/STRSH 匯編程序訪問(wèn)全局