嵌入式-ARM-學習總結（3）：彙編啓動，設定棧，呼叫C語言

一、C語言執行時需要和棧的意義

1.棧

C語言執行時，由彙編來提供條件，主要是需要棧。

C語言與棧的關係：C語言的區域性變數是用棧來實現的。如果彙編部分沒有給C部分預設合理合法的棧地址，那麼C程式碼定義的區域性變數就會落空，整個程式就會崩潰。

我們平時在編寫微控制器程式（譬如51微控制器）或者編寫應用程式時並沒有去設定棧，但是C程式還是可以執行的。 原因是：在微控制器中由硬體初始化時提供了一個預設可用的棧，在應用程式中我們編寫的C程式其實並不是全部，編譯器（gcc）在鏈接的時候會幫我們自動新增一個頭，這個頭就是一段引導我們的C程式能夠執行的一段彙編實現的程式碼，這個程式碼中就幫我們的C程式設定了棧及其他的執行時需要。

2.CPU模式和各種模式下的棧

在ARM中37個暫存器中，每種模式下都有自己的獨立的SP暫存器（r13）

r13(sp)主要用來設定爲棧。
如果各種模式都使用同一個SP，那麼就意味着整個程式（操作系統內核程式、使用者自己編寫的應用程式）都是用一個棧的。你的應用程式如果一旦出錯（譬如棧溢位），就會連累操作系統的棧也損壞，整個操作系統的程式就會崩潰。這樣的操作系統設計是非常脆弱的，不合理的。
解決方案就是各種模式下用不同的棧。我的操作系統內核使用自己的棧，每個應用程式也使用自己獨立的棧，這樣各是各的，一個損壞不會連累其他人。
我們現在要設定棧，不可能也懶的而且也沒有必要去設定所有的棧，我們先要找到自己的模式，然後設定自己的模式下的棧到合理合法的位置，即可。
我們現在要設定的模式是SVN模式(可以檢視之前的文章嵌入式-ARM-學習總結（1）：初識ARM)

3.查閱文件並設定棧指針至合法位置

棧必須是當前一段可用的記憶體，可用的意思是這個地方必須有被初始化過的記憶體，而且這個記憶體只會被我們用作棧，不會被其他程式徵用。

當前CPU剛復位(啓動)，外部的DRRAM還沒有初始化，目前可用的記憶體只有記憶體的SRAM(因爲他不需要初始化就可以使用)。因此我們只能在SRAM中找一段記憶體來當作SVC的棧。

棧有四種：滿減棧，滿增棧，空減棧 空增棧
滿棧：進棧：先移動指針再存；出棧：先出數據再移動指針
空棧： 進棧：先存再移動指針；出棧：先移動指針再出數據
減棧： 進棧：指針向下移動； 出棧：指針向上移動
增棧： 進棧：指針向上移動； 出棧：指針向下移動
在ARM中，ATPCS要求使用滿減棧，查詢數據手冊可得：

SVC的棧地址從0xD0037780到0xD0037D80.

#define WTCON		0xE2700000		//這裏是開關看門狗的地址

#define SVC_STACK	0xd0037d80		//從SVC棧的高位開始寫

.global _start					// 把_start鏈接屬性改爲外部，這樣其他檔案就可以看見_start了
_start:
	// 第1步：關看門狗（向WTCON的bit5寫入0即可）
	ldr r0, =WTCON
	ldr r1, =0x0
	str r1, [r0]
	
	// 第2步：設定SVC棧
	ldr sp, =SVC_STACK

	……從這裏之後就可以開始呼叫C程式了

二、彙編程式和C程式互相呼叫

在工程中新建並且新增一個C語言原始檔（以.c結尾的檔案，這裏面是程式執行的程式碼）。在彙編啓動程式碼中設定好棧後，使用bl xxx的方式來呼叫C中的函數xxx。注意要修改Makefile，使其包括編譯C檔案的部分。
(1)彙編程式

#define WTCON		0xE2700000
#define SVC_STACK	0xd0037d80

.global _start					// 把_start鏈接屬性改爲外部，這樣其他檔案就可以看見_start了
_start:
	// 第1步：關看門狗（向WTCON的bit5寫入0即可）
	ldr r0, =WTCON
	ldr r1, =0x0
	str r1, [r0]
	
	// 第2步：設定SVC棧
	ldr sp, =SVC_STACK

	// 從這裏之後就可以開始呼叫C程式了
	bl led_blink					// led_blink是C語言實現的一個函數
	
// 彙編最後的這個死回圈不能丟
	b .

bl指令呼叫led_blink函數，並用C程式編寫led_blink函數內部執行內容。
(2)C語言程式

#define GPJ0CON		0xE0200240
#define GPJ0DAT		0xE0200244


void delay(void);

// 該函數要實現led閃爍效果
void led_blink(void)
{
	// led初始化，也就是把GPJ0CON中設定爲輸出模式
	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));
		// 延時
		delay();
		// led滅
		*p1 = ((1<<3) | (1<<4) | (1<<5));
		// 延時
		delay();
	}
}

void delay(void)
{
	volatile unsigned int i = 900000;		// volatile 讓編譯器不要優化，這樣才能 纔能真正的減
	while (i--);							// 才能 纔能消耗時間，實現delay
}

（3）Makefile檔案

led.bin: start.o led.o		//這裏需要彙編生成的.o檔案和C生成的.o檔案都體現出來
	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	//nostdlib就是不使用標準函數庫。

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

clean:
	rm *.o *.elf *.bin *.dis mkx210 -f

如果有問題，歡迎指出討論。 一人一