汇编写启动代码 - 设置栈和调用C语言

Tadas-Gao

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分类专栏：嵌入式文章标签：嵌入式 C

于 2015-11-12 21:00:39 首次发布

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本文使用的开发板是九鼎创展的X210 iNand版本。

一、预备知识

1、C语言运行时和栈

（1）C语言运行时需要

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。

（2）C语言与栈的关系

栈是一种遵循后进先出（LIFO）原则的数据结构，在C语言中广泛应用于函数调用、局部变量存储和表达式求值等场景。栈由操作系统或程序运行时自动管理，通常分为系统栈（调用栈）和手动实现的栈（数据结构）。

// 系统栈的典型示例：函数调用
void func1() { int x = 10; }
void func2() { func1(); }
int main() { func2(); return 0; }

系统栈（调用栈）

系统栈在函数调用时存储以下内容：

函数返回地址
局部变量
函数参数
寄存器状态

栈指针（SP）和基址指针（BP）寄存器跟踪栈帧位置。栈溢出可能发生在递归过深或局部变量过大时。

// 递归导致的栈溢出示例
void infinite_recursion() { 
    int x[1000]; // 大量局部变量
    infinite_recursion(); 
}

手动实现栈数据结构

C语言可通过数组或链表手动实现栈，常用于算法开发：

#define MAX_SIZE 100
typedef struct {
    int data[MAX_SIZE];
    int top;
} Stack;

void push(Stack *s, int item) {
    if (s->top < MAX_SIZE) 
        s->data[s->top++] = item;
}

int pop(Stack *s) {
    if (s->top > 0) 
        return s->data[--s->top];
    return -1; // 错误处理
}

栈的应用场景

括号匹配检查：通过栈验证嵌套结构的正确性
逆波兰表达式：栈用于后缀表达式求值
深度优先搜索（DFS）：替代递归实现
撤销操作：保存操作历史记录

// 括号匹配示例
bool isValid(char *s) {
    char stack[10000];
    int top = 0;
    for (int i = 0; s[i]; i++) {
        if (s[i] == '(' || s[i] == '[' || s[i] == '{') 
            stack[top++] = s[i];
        else if (--top < 0 || 
                (s[i] == ')' && stack[top] != '(') ||
                (s[i] == ']' && stack[top] != '[') ||
                (s[i] == '}' && stack[top] != '{')) 
            return false;
    }
    return top == 0;
}

栈的注意事项

系统栈空间有限（通常只有几MB），需避免深度递归或大局部变量
手动实现栈需处理边界条件（空栈/满栈）
多线程环境下需考虑线程安全栈的实现

C语言中的局部变量都是用栈来实现的，如果汇编部分没有给C语言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C程序就不能运行。

2、CPU模式和各种模式下的栈

（1）在ARM的37个寄存器中，每种模式下都有自己的独立的SP寄存器（r13）。

（2）我们要设置栈，不可能而且也没有必要去设置所有的栈。我们先要找到当前的模式，然后设置该模式下的栈到合理合法的位置即可。

（3）系统在复位后默认是进入SVC模式。

（4）我们先把模式设置为SVC，再直接操作SP，即可访问SVC模式下的SP。因为复位后就已经是SVC模式了，所以直接设置SP即可。

3、设置栈指针

（1）栈必须是当前一段可用的内存，这个内存必须是被初始化过可以访问的内存，而且这个内存只会被用作栈，不会被其他程序占用。

（2）当前CPU刚复位，外部的DRAM尚未初始化，目前可用的内存只有内部的SRAM（不需初始化即可使用），因此只能在SRAM中找一段内存来作为SVC的栈。

（3）在ARM中，ATPCS要求使用满减栈

二、查阅iROM Application Note文档

由上图可知SVC栈应该设置为0xD0037D80。

三、代码实现

#define SVC_STACK 0xD0037D80

.global _start					
_start:
	ldr sp, =SVC_STACK
	
    b .

四、汇编调用C函数，实现LED闪烁效果

1、led.c

#define GPJ0CON	 0xE0200240
#define GPJ0DAT	 0xE0200244

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

void delay(void);

void led_blink(void) {
	rGPJ0CON = 0x11111111;
	
	while(1) {
		// led亮
		rGPJ0DAT = ((0<<3) | (0<<4) | (0<<5));
		// 延时
		delay();
		// led灭
		rGPJ0DAT = ((1<<3) | (1<<4) | (1<<5));
		// 延时
		delay();
	}
}

void delay(void) {
	volatile unsigned int i = 900000;		
	while (i--);							
}

2、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

3、start.S

#define SVC_STACK	0xD0037D80

.global _start					
_start:
	ldr sp, =SVC_STACK

	bl led_blink					
	
	b .