ARM汇编学习-2-写启动代码之设置栈和调用C语言

zemicro

2018 年 12 月 24 日

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C语言运行时需要和栈的意义

“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

C语言与栈的关系

C语言中的局部变量都是用栈来实现的。如果我们汇编部分没有给C部分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，整个程序就死掉了。

为什么类似51单片机不设置栈程序也可运行

我们平时在编写单片机程序（譬如51单片机）或者编写应用程序时并没有去设置栈，但是C程序还是可以运行的。
√> 原因是：在单片机中由硬件初始化时提供了一个默认可用的栈，在应用程序中我们编写的C程序其实并不是全部，编译器（gcc）在链接的时候会帮我们自动添加一个头，这个头就是一段引导我们的C程序能够执行的一段汇编实现的代码，这个代码中就帮我们的C程序设置了栈及其他的运行时需要。

CPU模式和各种模式下的栈

在ARM中37个寄存器中，每种模式下都有自己的独立的SP寄存器（r13）

为什么这么设计？

如果各种模式都使用同一个SP，那么就意味着整个程序（操作系统内核程序、用户自己编写的应用程序）都是用一个栈的。你的应用程序如果一旦出错（譬如栈溢出），就会连累操作系统的栈也损坏，整个操作系统的程序就会崩溃。这样的操作系统设计是非常脆弱的，不合理的。

解决方案

各种模式下用不同的栈。我的操作系统内核使用自己的栈，每个应用程序也使用自己独立的栈，这样各是各的，一个损坏不会连累其他人。
我们现在要设置栈，不可能也懒的而且也没有必要去设置所有的栈，我们先要找到自己的模式，然后设置自己的模式下的栈到合理合法的位置，即可。
!> 注意：系统在复位后默认是进入SVC模式(超级用户模式)

如何访问SVC模式下的SP呢？

很简单，先把模式设置为SVC，再直接操作SP。但是因为我们复位后就已经是SVC模式了，所以直接设置SP即可。

查阅文档并设置栈指针至合法位置

栈必须是当前一段可用的内存（可用的意思是这个地方必须有被初始化过可以访问的内存，而且这个内存只会被我们用作栈，不会被其他程序征用）
当前CPU刚复位（刚启动），外部的DRRAM尚未初始化，目前可用的内存只有内部的SRAM（因为它不需初始化即可使用）。因此我们只能在SRAM中找一段内存来作为SVC的栈。

栈有四种

满减栈

满栈：进栈：先移动指针再存；出栈：先出数据再移动指针
空栈：进栈：先存再移动指针；出栈：先移动指针再出数据
减栈：进栈：指针向下移动；出栈：指针向上移动
增栈：进栈：指针向上移动；出栈：指针向下移动
在ARM中，ATPCS（ARM关于程序应该怎么实现的一个规范）要求使用满减栈，所以不出意外都是用满减栈
√> 满减栈进栈时：先移动指针再存，指针向下移动。即：先向下移动指针再存

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

#define SVC_STACK    0xd0037d80
    // 设置SVC栈
    ldr sp, =SVC_STACK

设置好SVC栈后，就可以再汇编程序中调用c语言函数

汇编程序和C程序互相调用

使用bl调用c语言函数

bl c_funtion()；

start.S程序

/******
**start.S
**主程序
**功能：调用C语言函数
******/
#define WTCON        0xE2700000
#define SVC_STACK    0xd0037d80
.global _start
_start:
        // 第1步：关看门狗（向WTCON的bit5写入0即可）
    ldr r0, =WTCON
    ldr r1, =0x0
    str r1, [r0]
    
    ldr sp, =SVC_STACK      // 第2步：设置SVC栈

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

C语言程序：led.c

#define GPJ0CON        0xE0200240
#define GPJ0DAT        0xE0200244

void delay(void);

// 该函数要实现led闪烁效果
void led_blink(void)
{
    // led初始化，也就是把GPJ0CON中设置为输出模式
    unsigned int *p = (unsigned int *)GPJ0CON;
    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();
        *p1 = ((0<<3) | (1<<4) | (1<<5));
        delay();
        *p1 = ((1<<3) | (0<<4) | (1<<5));
        // 延时
        delay();
        *p1 = ((1<<3) | (1<<4) | (0<<5));
        // 延时
        delay();
    }
}

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
}

再makefile中添加led.o依赖文件名

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

-nostdlib作用：
不连接系统标准启动文件和标准库文件，只把指定的文件传递给连接器。这个选项常用于编译内核、bootloader等程序，它们不需要启动文件、标准库文件。

ARM汇编学习-2-写启动代码之设置栈和调用C语言