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【摘 要】用C来编程不是任何问题都能较方便地妥善处理.如处理BCD码、循环移位控制位信息连续变化、对时间要求很严格等问题的处理上,用汇编语言编程,就比用C语言编程更直接有效,但是又不愿意仅仅因为这么一小部分,就把整个程序都改用汇编来做,这时就必须学会把汇编语言编写的源程序与C语言编写的源程序结合起来.本文将主要探讨嵌入式C程序设计的优化与应用.

【关 键 词】嵌入式C程序设计优化

由于C语言是一种简单的语言.它的功能大多来自于一些标准函数和宏,这些函数和宏在任何编译器所附带的库中都是可用的.C库中包含有一系列预先编译好的函数,以目标文件的形式存在,可以连接到具体应用中.在ANSI标准中对标准库（StandardLibrary）的内容进行了定义[1].其中包括用于输入/输出的函数、大量数学运算函数（如所有三角函数）以及其他数据处理函数.

一、编译C程序

在完成C源代码之后,将对其进行编译.最终产生的文件中包含有与源码等价的机器码,可以由目标机直接执行.它们已经得到了广泛的应用,几乎每个C源文件都不是孤立的.一旦有“额外”的文件加入,最终的可执行程序将由多个相关文件来构建,方式通常非常复杂.同样地,编译C程序的过程将产生多个输出文件.源程序编写完成之后,使用C编译器进行编译生成目标文件.这种文件由可重定位代码构成,并不完全映射到处理器存储器映射中.其他文件也得到进一步处理（包括汇编语言源文件）,以类似方式进行编译或汇编,最终生成以可重定位代码为主要内容的目标文件.

在这个阶段,除最简单的程序之外,多数情况下需要与其他文件进行组合,这些文件都已成为目标文件.这些目标文件可能来自于编译器相关库,或者由程序员或公司事先生成.连接器负责将不同的文件组合在一起并构建一个单独的可执行文件.这个过程由连接器脚本（LinkerScript）指导完成,连接器脚本用于定义处理器存储器映射并提供其他信息,并有可能生成预编译文件

二、在C程序中直接嵌入汇编语句

在C程序中嵌入汇编语句是一种直接的C模块和汇编模块接口方法.采用这种方法一方面可以在C程序中实现用C语言难以实现的一些硬件控制功能,如修改中断控制寄存器、中断使能、读取状态寄存器和中断标志寄存器等.另一方面,也可以用这种方法在C程序中的关键部分用汇编语句代替C语句以优化程序.

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采用这种方法的一个缺点是它比较容易破坏C环境,因为C编译器在编译嵌入了汇编语句的C程序时并不检查或分析所嵌入的汇编语句.嵌入汇编语句的方法比较简单,只需在汇编语句的左、右加上双引号,用小括弧将汇编语句括住,在括弧前加上asm标识符即可,如下所示：

asm（“汇编语句”）

在C程序中直接嵌入汇编语句的一种典型应用是控制DSP芯片的一些硬件资源.

三、嵌入式C程序设计的优化及应用

为了使单独编译的C语言程序和汇编程序之间能够互相调用,必须让子程序间的调用遵遁一定的规则.A丁PCS即ARM,Thumb过程调用标准（ARM/Thumbprocedurecallstandard）,是ARM程序和Thumb程序小子程序调用的基本规则,它规定了一些子程序间调用的基本规则,如子程序调用过程中寄存器的使用规则、堆栈的使用规则、参数的传递规则等.

(一)基本ATPCS

基本ATPCS规定了在子程序调用寸的一些基本规则,包括下面3方面的内容：

1.各寄存器的使用规则及其相应的名称.

2.数据栈的使用规则.

3.参数传递的规则.

相对于其他类型的ATPCS,满足基本ATPCS的程序的执行速度更快,所占用的内存更少,但是它不能提供以下的支持：ARM程序和Thumb程序互相调用、数据以及代码的位置无关的支持、子程序的可重入性和数据栈检查的支持.

而派生的其他几种特定的ATPCS就是在基本ATPCS的基础上再添加其他的规则而形成的,其目的就是提供上述的功能.

(二)寄存器的使用规则

寄存器的使用必须满足下面的规则.

1.子程序间通过寄存器R0-R3宋传递参数.这时,寄存器R0-R3可以记作A0-A3,被调用的子程序在返回前无需恢复寄存器R0-R3的内容.

2.在子程序中,使用寄存器R4-R11来保存局部变量.这时,寄存器R4-R11可以记作V1-V8.如果在子程序中使用到了寄存器V1-V8中的某些寄存器,子程序进入时必须保存这些寄存器的值,在返回前必须恢复这些寄存器的值,对于子程序中没有用到的寄存器则不必进行这些操作.在Thumb程序中,通常只能使用寄存器R4-R7来保存局部变量.

3.寄存器R12用于子程序间scratch寄存器,记作IP.在子程序间的连接代码段中常有这种使用规则.

4.寄存器R13用于数据栈指针,记作SP.在子程序中寄存器R13不能做其他用途.寄存器SP在进入子程序时的值和退出子程序时的值必༿

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5.寄存器R14称为连接寄存器,记作LR.它用于保存子程序的返回地址.如果在子程序中保存了返回地址,寄存器R14则可以做其他用途.

6.寄存器R15是程序计数器,记作PC,它不能做其他用途.

(三)参数传递规则

根据参数个数是否固定可以将子程序分为参数个数固定的（nonvariadic）子程序和参数个数可变的（variadic）子程序,这两种子程序的参数传递规则是不同的.

1.参数个数可变的子程序参数传递规则

对于参数个数可变的子程序,当参数不超过4个时,可以使用寄存器R0-R3来传递参数,当参数超过4个时,还可以使用数据栈来传递参数.

在参数传递时,将所有参数看作是存放在连续的内存字单元中的字数据.然后,依次将各字数据传送到寄存器R0、R1、R2、R3中,如果参数多于4个,将剩余的字数据传送到数据栈中,入栈的顺序与参数顺序相反,即最后一个字数据先入栈.按照上面的规则,一个浮点数参数可以通过寄存器传递,也可以通过数据栈传递,也可能一半通过寄存器传递,另一半通过数据栈传递.

2.参数个数固定的子程序参数传递规则

对于参数个数固定的子程序,参数传递与参数个数可变的子程序参数传递规则不同.对有调用关系的所有子程序必须遵守同一种ATPCS.编译器或者汇编器在ELF格式的目标文件中设置相应的属性,标识用户选定的ATPCS类型.对应于不同类型的ATPCS规则,有相应的C语言库,连接器根据用户指定的ATPCS类型连接相应的C语言库.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类型,而对于汇编语言程序来说,完全要依赖用户来保证各子程序满足选定的ATPCS类型.

四、结论

尽管C语言是一种比较强大的开发工具,必须对C语言编程有较透彻的掌握,其次,还应该对实际电子硬件系统有深入的理解,当然在学习嵌入之前,较为熟练地掌握用汇编语言编程是十分必要的.

参考文献：

[1]李文光.基于MPC8548E的通用嵌入式计算机平台系统软件研究和实现[J].电子测试,2014,02：3-4+46.

[2]王艳芳.单片机嵌入式程序的开发原理及应用探讨[J].电子技术与软件工程,2013,23：271.

[3]陈侃松,刘洪波,熊攀.基于ARM9的嵌入式Web服务器数据动态显示的实现[J].物联网技术,2014,03：18-19+23.

[4]张锋辉,王祥青,苏守宝.嵌入式C/S架构服务器在电加热炉远程温度监控中的应用[J].井冈山大学学报（自然科学版）,2013,02：56-59.

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