- 曙海教育集團論壇 (http://www.brpp.cn/bbs/index.asp)
-- DSP5000技術討論 (http://www.brpp.cn/bbs/list.asp?boardid=28)
---- TI 5000 DSP C/C++和匯編語言混合編程 (http://www.brpp.cn/bbs/dispbbs.asp?boardid=28&id=1577)
-- 發(fā)布時間：2010-11-22 8:41:30
-- TI 5000 DSP C/C++和匯編語言混合編程
引言
TI 公司的5000系列低功耗16 b定點DSP，因其良好的性價比，在國內(nèi)獲得了很大的普及。如何對5000系列DSP進行軟件開發(fā)也一直是業(yè)界關注的熱點。5000系列DSP的軟件設計通常有3種方法。
1.1用C/C++語言開發(fā)
TI公司提供了用于C/C++?語言開發(fā)的CCS平臺。該平臺包括優(yōu)化ANSI C/C++ 編譯器，從而可以在源程序級進行開發(fā)調(diào)試。這種方法大大提高了軟件的開發(fā)速度和可讀性，方便了軟件的修改和移植。但是，C/C++代碼的效率還是無法與手工編寫的匯編代碼效率相比，如FFT程序。因為即使是最佳的C/C++編譯器，也無法在所有的情況下都能合理的利用DSP芯片提供的各種資源。此外，用C/C++語言實現(xiàn)DSP芯片某些硬件控制也不如匯編方便，有些甚至無法用C/C++語言實現(xiàn)。
1.2全匯編語言開發(fā)
TI公司提供了用于匯編語言開發(fā)的針對5000系列DSP的匯編語言。用戶可以用他進行軟件開發(fā)。這種方式可以更為合理的利用芯片提供的硬件資源，其代碼效率高，程序執(zhí)行速度快。但是用匯編語言編寫程序是比較復雜的，一般來說，不同公司的芯片匯編語言是不同的，即使是同一公司的芯片，由于芯片的類型不同（如定點和浮點）、芯片的升級換代，其匯編語言也不同。因此，用匯編語言開發(fā)基于某種芯片的產(chǎn)品周期較長，并且軟件的修改和升級較困難。而且匯編語言的可讀性和可移植性較差。
1.3C/C++?語言和匯編語言混合編程開發(fā)
為了充分利用DSP芯片的硬件資源，更好發(fā)揮C/C++?語言和匯編語言進行軟件開發(fā)的各自優(yōu)點，可以將兩者有機的結合起來，兼顧兩者優(yōu)點，避免其弊端。因此，在很多情況下，采用混合編程方法能更好地達到設計要求，完成設計任務。
2 C/C++語言和匯編語言混合編程方法討論
C/C++語言和匯編語言混合編程的具體方法有以下幾種：
（1）獨立編寫C/C++程序和匯編程序，分開編譯或匯編形成各自的目標模塊，再用鏈接器將C/C++模塊和匯編模塊鏈接起來，這是一種靈活性較大的方法。但用戶必須自己維護各匯編模塊的入口和出口代碼，自己計算傳遞參數(shù)在堆棧中的偏移量，工作量稍大，但能做到對程序的絕對控制，也能滿足軟件設計結構化的要求。這是本文主要講述的方法。
（2）在C/C++程序中使用匯編程序中定義的變量和常量。
（3）在C/C++程序中直接內(nèi)嵌匯編語句。這種方法可以在C/C++程序中實現(xiàn)C/C++語言無法實現(xiàn)的硬件控制功能，如修改中斷控制寄存器、中斷標志寄存器等。
（4）在C/C++源程序中使用內(nèi)部函數(shù)直接調(diào)用匯編語言語句。
后3種方法由于在C/C++語言中直接嵌入了匯編語言的成分，容易造成程序混亂，C/C++環(huán)境被破壞，甚至導致程序崩潰，而編程者又很難對不良結果進行預期和有效控制。而如果采用第一種方法，只要遵循有關C/C++語言函數(shù)調(diào)用規(guī)則和寄存器規(guī)則，就能預見到程序運行的結果，保證程序正確。下面分別講述函數(shù)調(diào)用規(guī)則和寄存器規(guī)則，最后給出編程實例。
3函數(shù)調(diào)用規(guī)則
C/C++編譯器對函數(shù)調(diào)用強加了一組嚴格的原則。除了特殊的運行時間支持庫函數(shù)外，任何調(diào)用函數(shù)和被C/C＋＋函數(shù)調(diào)用的函數(shù)都必須遵守這些原則。不遵守這些原則可能破壞C/C++環(huán)境并導致程序失敗。
圖1說明了典型的函數(shù)調(diào)用。在這個例子中，參數(shù)被傳遞到堆棧中調(diào)用者的參數(shù)塊，函數(shù)再使用這些參數(shù)調(diào)用被調(diào)用函數(shù)。注意，第一個參數(shù)是在A累加器中傳遞的。這個例子還說明了匯編器對被調(diào)用函數(shù)的局部幀的分配。局部幀包括局部變量塊和局部參數(shù)塊兩部分，其中局部參數(shù)塊是局部幀中用來傳遞參數(shù)到其他函數(shù)的部分。如果被調(diào)用函數(shù)沒有局部變量并且不再調(diào)用其他函數(shù)或需要調(diào)用的函數(shù)沒有參數(shù)，則不分配局部幀。對于混合編程而言，由于被調(diào)用函數(shù)是手工編寫的匯編程序，則局部幀由編程者自己完成分配，也不需要在堆棧中進行，而編譯器分配局部幀。
（1）函數(shù)如何調(diào)用
函數(shù)（調(diào)用者）在調(diào)用被調(diào)用函數(shù)時執(zhí)行以下任務。
①調(diào)用者將第一個（最左邊）的參數(shù)值放進累加器A。調(diào)用者將剩下的參數(shù)按相反的順序傳進參數(shù)塊，剩下的最左邊的參數(shù)在最低的地址。
②若函數(shù)返回一個結構，則調(diào)用者為該結構分配空間，然后用累加器A傳遞返回空間的地址給調(diào)用的函數(shù)。
③調(diào)用者調(diào)用函數(shù)。
（2）被調(diào)用函數(shù)如何響應。
被調(diào)用函數(shù)執(zhí)行以下任務：
注意：如果被調(diào)用函數(shù)是C/C++函數(shù)，則下面步驟都是由匯編器自動完成。如果是混合編程，則如下步驟都是由編程者在被調(diào)用的匯編函數(shù)中完成的。
① 若被調(diào)用函數(shù)修改AR1，AR2或AR7，則將他們壓入堆棧。
②被調(diào)用函數(shù)通過從SP減去一個常數(shù)，為局部變量塊和局部參數(shù)塊分配存儲器。該常數(shù)按以下公式計算，即：
局部變量塊的大小＋局部參數(shù)塊的大小＋padding
padding值是為了保證SP對準偶數(shù)邊界而可能要求補充的一個字。之所以SP要對準偶數(shù)邊界，是因為5000系列DSP指令可一次讀寫存儲器的32 b，例如DLD，DADD等。這樣，編譯器必須保證所有32 b的目標都駐留在偶數(shù)邊界。
對于混合編程而言可以在匯編函數(shù)中，按本步驟的方法在堆棧中分配局部幀，但本方法相對比較麻煩，尤其該匯編函數(shù)還要調(diào)用其他函數(shù)時，所以，一般而言編程者通常用其他方法分配局部幀，比如用bss偽指令定義局部變量供函數(shù)使用。
③被調(diào)用函數(shù)為調(diào)用函數(shù)執(zhí)行代碼。
④若函數(shù)返回一個值，則被調(diào)用函數(shù)將該值放在累加器A中；若函數(shù)返回一個結構，則被 調(diào)用函數(shù)將該結構復制到累加器A指到的存儲器塊；若調(diào)用者不返回函數(shù)值，則A被置0。
⑤被調(diào)用函數(shù)給SP上加上第二步計算的常數(shù)，釋放為局部變量和局部參數(shù)分配的存儲空間。對混合編程而言，如果編程者沒有在堆棧中分配局部幀，則本步驟省略。
⑥被調(diào)用函數(shù)恢復所有保存的寄存器。
⑦被調(diào)用函數(shù)執(zhí)行返回。
4寄存器規(guī)則
（1）必須保存任何被函數(shù)修正的專用寄存器。專用寄存器包括：
①AR1，AR6，AR7
②堆棧指針（SP）
若對SP正常使用，不需要明顯的保存。換句話說，只要任何壓入堆棧的東西在函數(shù)返回之 前被彈回（因而保存了SP），匯編函數(shù)就可以自由的使用堆棧。任何非專用的寄存器都可以自由地使用而無需將他們保存。
（2）中斷函數(shù)必須保存他使用的所有寄存器。
（3）ARP在函數(shù)進入和返回時，必須為0，即當前輔助寄存器為AR0。函數(shù)執(zhí)行時可以為其 他值。
（4）在默認的情況下，編譯器總是認為OVM為0。因此，若在匯編程序中將OVM置為1，則返回C/C++環(huán)境時，必須將其恢復為0。
（5）在默認的情況下，編譯器總是認為CPL為1。因此，若在匯編程序中將CPL清0，則在返回C/C++環(huán)境時，必須將其恢復為1。
（6）長整數(shù)和浮點數(shù)存儲在存儲器中的方法是最高有效字在低位地址。
（7）函數(shù)必須按前面有關被調(diào)用函數(shù)響應中所述的方法返回值。
（8）除了全局變量的初始化外，匯編語言模塊不能以任何目的使用cinit段。在boot? asm中的C/C++啟動程序假定cinit段完全由初始化表組成。將其他的信息放入cin it中將使初始化表產(chǎn)生混亂，并將產(chǎn)生不可預期的結果。
（9）在匯編語言模塊中，對可以從C/C++中訪問的變量和函數(shù)名需加上前綴“_”。對于僅用于匯編語言模塊中的標識符，應不得用下劃線開始。
（10）任何在匯編語言模塊中聲明的將要從C/C++訪問或調(diào)用的對象或函數(shù)，都必須在匯編語言中用?global偽指令聲明為全局變量。