嵌入式-ARM-学习总结（3）：汇编启动，设置栈，调用C语言

一、C语言运行时需要和栈的意义

1.栈

C语言运行时，由汇编来提供条件，主要是需要栈。

C语言与栈的关系：C语言的局部变量是用栈来实现的。如果汇编部分没有给C部分预设合理合法的栈地址，那么C代码定义的局部变量就会落空，整个程序就会崩溃。

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。

2.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）

r13(sp)主要用来设置为栈。
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。
解决方案就是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。
我们现在要设置的模式是SVN模式(可以查看之前的文章嵌入式-ARM-学习总结（1）：初识ARM)

3.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(启动)，外部的DRRAM还没有初始化，目前可用的内存只有内存的SRAM(因为他不需要初始化就可以使用)。因此我们只能在SRAM中找一段内存来当作SVC的栈。

栈有四种：满减栈，满增栈，空减栈 空增栈
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要求使用满减栈，查询数据手册可得：

SVC的栈地址从0xD0037780到0xD0037D80.

#define WTCON		0xE2700000		//这里是开关看门狗的地址

#define SVC_STACK	0xd0037d80		//从SVC栈的高位开始写

.global _start					// 把_start链接属性改为外部，这样其他文件就可以看见_start了
_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]
	
	// 第2步：设置SVC栈
	ldr sp, =SVC_STACK

	……从这里之后就可以开始调用C程序了

二、汇编程序和C程序互相调用

在工程中新建并且添加一个C语言源文件（以.c结尾的文件，这里面是程序运行的代码）。在汇编启动代码中设置好栈后，使用bl xxx的方式来调用C中的函数xxx。注意要修改Makefile，使其包括编译C文件的部分。
(1)汇编程序

#define WTCON		0xE2700000
#define SVC_STACK	0xd0037d80

.global _start					// 把_start链接属性改为外部，这样其他文件就可以看见_start了
_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]
	
	// 第2步：设置SVC栈
	ldr sp, =SVC_STACK

	// 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
	
// 汇编最后的这个死循环不能丢
	b .

bl指令调用led_blink函数，并用C程序编写led_blink函数内部执行内容。
(2)C语言程序

#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();
	}
}

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
}

（3）Makefile文件

led.bin: start.o led.o		//这里需要汇编生成的.o文件和C生成的.o文件都体现出来
	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就是不使用标准函数库。

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

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

如果有问题，欢迎指出讨论。 一人一

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