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设置栈和调用c语言

编 辑：Y ┊ 时 间：2022年04月08日 ┊ 访问: 15 次
“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

寄存器

09438-0k39fb9fw7kd.png

ARM 处理器有三十七个寄存器，其中一些是在一定条件下使用的，所以一次只能使用十六个...

寄存器 0 到寄存器 7 是通用寄存器并可以用做任何目的。不象 80x86 处理器那样要求特定寄存器被用做栈访问，或者象 6502 那样把数学计算的结果放置到一个累加器中，ARM 处理器在寄存器使用上是高度灵活的。
寄存器 8 到 12 是通用寄存器，但是在切换到 FIQ 模式的时候，使用它们的影子(shadow)寄存器。
寄存器 13 典型的用做 OS 栈指针，但可被用做一个通用寄存器。这是一个操作系统问题，不是一个处理器问题，所以如果你不使用栈，只要你以后恢复它，你可以在你的代码中自由的占用(corrupt)它。每个处理器模式都有这个寄存器的影子寄存器。
寄存器 14 专职持有返回点的地址以便于写子例程。当你执行带连接的分支的时候，把返回地址存储到 R14 中。同样在程序第一次运行的时候，把退出地址保存在 R14 中。R14 的所有实例必须被保存到其他寄存器中(不是实际上有效)或一个栈中。这个寄存器在各个处理器模式下都有影子寄存器。一旦已经保存了连接地址，这个寄存器就可以用做通用寄存器了。
寄存器 15 是程序计数器。它除了持有指示程序当前使用的地址的二十六位数之外，还持有处理器的状态。
为更清晰一些... 提供下列图表:

User 模式 SVC 模式 IRQ 模式 FIQ 模式 APCS

R0 ------- R0 ------- R0 ------- R0 a1
R1 ------- R1 ------- R1 ------- R1 a2
R2 ------- R2 ------- R2 ------- R2 a3
R3 ------- R3 ------- R3 ------- R3 a4
R4 ------- R4 ------- R4 ------- R4 v1
R5 ------- R5 ------- R5 ------- R5 v2
R6 ------- R6 ------- R6 ------- R6 v3
R7 ------- R7 ------- R7 ------- R7 v4
R8 ------- R8 ------- R8 R8_fiq v5
R9 ------- R9 ------- R9 R9_fiq v6
R10 ------ R10 ------ R10 R10_fiq sl
R11 ------ R11 ------ R11 R11_fiq fp
R12 ------ R12 ------ R12 R12_fiq ip
R13 R13_svc R13_irq R13_fiq sp
R14 R14_svc R14_irq R14_fiq lr
------------- R15 / PC ------------- pc

最右侧的列是 APCS 代码使用的名字，关于 APCS 的详情参见这里。
程序计数器构造如下:

位 31 30 29 28 27 26 25------------2 1 0

   N   Z   C   V   I   F    程 序 计 数 器  S1 S0

对 R15 的详细解释，请参见 psr.html。
下面是你想知道的"模式"，比如上面提及的"FIQ"模式。

用户模式，运行应用程序的普通模式。限制你的内存访问并且你不能直接读取硬件设备。
超级用户模式(SVC 模式)，主要用于 SWI(软件中断)和 OS(操作系统)。这个模式有额外的特权，允许你进一步控制计算机。例如，你必须进入超级用户模式来读取一个插件(podule)。这不能在用户模式下完成。
中断模式(IRQ 模式)，用来处理发起中断的外设。这个模式也是有特权的。导致 IRQ 的设备有键盘、 VSync (在发生屏幕刷新的时候)、IOC 定时器、串行口、硬盘、软盘、等等...
快速中断模式(FIQ 模式)，用来处理发起快速中断的外设。这个模式是有特权的。导致 FIQ 的设备有处理数据的软盘，串行端口(比如在 82C71x 机器上的 A5000) 和 Econet。
IRQ 和 FIQ 之间的区别是对于 FIQ 你必须尽快处理你事情并离开这个模式。IRQ 可以被 FIQ 所中断但 IRQ 不能中断 FIQ。为了使 FIQ 更快，所以有更多的影子寄存器。FIQ 不能调用 SWI。FIQ 还必须禁用中断。如果一个 FIQ 例程必须重新启用中断，则它太慢了并应该是 IRQ 而不是 FIQ。

手册查询memory map信息

03508-0j31nhj021n.png

我们查询到Internal SRAM有96KB，而SVC Stack有1.5KB
对应地址是：0xD003_7D80

查阅文档并设置栈指针至合法位置

结合iROM_application_note中的memory map，可知SVC栈应该设置为0xd0037D80

设置svc栈

设置SVC栈地址相关宏定义

#define SVC_STACK 0xd0037D80
ldr sp, =SVC_STACK //使用

如果不定义，则可以直接：

ldr sp, =0xd0037D80

现在SVC栈就已经设置好了，也就是说其实就是在我们关闭看门狗后设置一个栈空间即可

相关代码

这里我们不做c语言调用，仅仅展示如何设置

// 定义看门狗设置寄存器
#define WTCON 0xE2700000

#define GPJ0CON    0xE0200240
#define GPJ0DAT    0xE0200244

#define SVC_STACK 0xd0037D80

.global _start
_start:
    // 关闭看门狗
    ldr r0, =WTCON
    ldr r1, =0x0
    str r1, [r0]

    ldr sp, =SVC_STACK
    // 从这里之后就可以开始调用C程序了

    // 配置寄存器
    ldr r0, =0x11111111
    ldr r1, =GPJ0CON
    str r0, [r1]

    // 流水灯部分
flash:
    // 点亮1其他熄灭
    ldr r0, =~(1<<3)
    ldr r1, =GPJ0DAT
    str r0, [r1]
    bl delay

    // 点亮2其他熄灭
    ldr r0, =~(1<<4)
    ldr r1, =GPJ0DAT
    str r0, [r1]
    bl delay

    // 点亮3其他熄灭
    ldr r0, =~(1<<4)
    ldr r1, =GPJ0DAT
    str r0, [r1]
    bl delay

    b flash // 无限循环


// 延时函数：函数名：delay
delay:
    ldr r2, =9000000
    ldr r3, =0x0
delay_loop:    
    sub r2, r2, #1                //r2 = r2 -1
    cmp r2, r3                    // cmp会影响Z标志位，如果r2等于r3则Z=1，下一句中eq就会成立
    bne delay_loop
    mov pc, lr                    // 函数调用返回

调用C语言

现在 我们将新建一个start的文件，来放置初始代码

start.S代码：

// 定义看门狗设置寄存器
#define WTCON 0xE2700000
#define SVC_STACK 0xd0037D80

.global _start
_start:
    // 关闭看门狗
    ldr r0, =WTCON
    ldr r1, =0x0
    str r1, [r0]

    ldr sp, =SVC_STACK
    // 从这里之后就可以开始调用C程序了

    
    // 从这里之后就可以开始调用C程序了
    bl start_main //C语言实现的一个函数
    // 汇编最后的这个死循环不能丢
    b .

接下来我们设置一个led.c来操作我们的led

#define GPJ0CON        0xE0200240
#define GPJ0DAT        0xE0200244

//设置delay
void delay(void);

//
void start_main(void) {
    // 初始化
    // led初始化，也就是把GPJ0CON中设置为输出模式
    unsigned int *p = (unsigned int *)GPJ0CON;
    // DAT 地址
    unsigned int *p1 = (unsigned int *)GPJ0DAT;
        *p = 0x11111111;

    while (1) {
        // led亮
        *p1 = ((0<<3) | (0<<4) | (0<<5));
        // 延时
        delay();
        // led灭
        *p1 = ((1<<3) | (1<<4) | (1<<5));
        // 延时
        delay();
    }

}


// 不断消耗CPU运行时间来达到延迟
void delay(void) {
    volatile unsigned int i = 900000;        // volatile 让编译器不要优化，这样才能真正的减
    while (i--);                            // 才能消耗时间，实现delay
}

Makefile

cur-dir := $(shell pwd)
OUT_DIR  = $(cur-dir)/out/
OUT_NAME = SVC_C

$(OUT_NAME).bin: start.o led.o
    #@ $(shell mkdir -p out)
#     arm-linux-ld -Tlink.lds -o $(OUT_DIR)$(OUT_NAME).elf $^
    arm-linux-ld -Ttext 0x0 -o $(OUT_DIR)$(OUT_NAME).elf $^
    arm-linux-objcopy -O binary $(OUT_DIR)$(OUT_NAME).elf $(OUT_DIR)$(OUT_NAME).bin
    arm-linux-objdump -D $(OUT_DIR)$(OUT_NAME).elf > $(OUT_DIR)$(OUT_NAME)_elf.dis
    gcc mkv210_image.c -o $(OUT_DIR)mkx210
    $(OUT_DIR)mkx210 $(OUT_DIR)$(OUT_NAME).bin $(OUT_DIR)210.bin
    mv -f *.o $(OUT_DIR)

%.o : %.S
    arm-linux-gcc -o $@ $< -c -nostdlib

%.o : %.c
    arm-linux-gcc -o $@ $< -c -nostdlib

OUT_DIR:
    $(shell mkdir -p out)

clean:
    rm $(OUT_DIR)* -f

led.c的升级

我们在led.c 操作地址的时候可以更优雅一点
也就是使用宏定义再定义一下长串复杂的代码

#define GPJ0CON        0xE0200240
#define GPJ0DAT        0xE0200244

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

//设置delay
void delay(void);

//
void start_main(void) {
    // 初始化
    // led初始化，也就是把GPJ0CON中设置为输出模式
    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();
    }

}


// 不断消耗CPU运行时间来达到延迟
void delay(void) {
    volatile unsigned int i = 900000;        // volatile 让编译器不要优化，这样才能真正的减
    while (i--);                            // 才能消耗时间，实现delay
}

好了，结束




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