1.4.3 混合编程
在嵌入式系统底层编程中，C语言和汇编两种编程语言的使用最广泛。C语言开发的程序具有可读性高，容易修改、移植和开发周期短等特点。但是，C语言在一些场合很难或无法实现特定的功能：底层程序需要直接与CPU内核打交道，一些特殊的指令在C语言中并没有对应的成分，例如关闭看门狗、中断的使能等；被系统频繁调用的代码段，对代码的执行效率要求严格的时候。事实上，CPU 体系结构并不一致，没有对内部寄存器操作的通用指令。汇编语言与 CPU的类型密切相关，提供的助记符指令能够方便直接地访问硬件，但要求开发人员对CPU的体系结构十分熟悉。在早期的微处理器中，由于处理器速度、存储空间等硬件条件的限制，开发人员不得不选用汇编语言开发程序。随着微处理器的发展，这些问题已经得到很好的解决。如果依然完全使用汇编语言编写程序，工作量会非常大，系统很难维护升级。大多数情况下，充分结合两种语言的特点，彼此相互调用，以约定规则传递参数，共享数据。
1.汇编函数与C语言函数相互调用
C 程序函数与汇编函数相互调用时必须严格遵循 ATPCS（ARMThumb Procedure Call Standard）。函数间约定R0、R1和R2为传入参数，函数的返回值放在R0中。GNU ARM编译环境中，在汇编程序中要使用.global伪操作声明改汇编程序为全局的函数，可被外部函数调用。在C程序中要被汇编程序调用的C函数，同样需要用关键字extern声明。
程序清单1.4是从arch\arm\cpu\arm1176\start.S文件（U-Boot）中截取的代码片段，relocate_code函数用于重定位代码。它在C程序中，通过relocate_code（addr_sp, id, addr）被调用。变量addr_sp、id和addr分别通过寄存器R0、R1和R3传递给汇编程序，实现了C函数和汇编函数数据的共享。
程序清单1.4 代码重定位函数
.globl relocate_code
relocate_code:
mov r4, r0 /* save addr_sp */
mov r5, r1 /* save addr of gd */
mov r6, r2 /* save addr of destination */
/* Set up the stack */
stack_setup:
mov sp, r4
adr r0, _start
cmp r0, r6
beq clear_bss /* skip relocation */
mov r1, r6 /* r1 <- scratch for copy_loop */
ldr r3, _bss_start_ofs
add r2, r0, r3 /* r2 <- source end address */
……
2.C语言内嵌汇编
当需要在C语言程序中内嵌汇编代码时，可以使用gcc提供的asm语句功能。
程序清单1.5是从Linux源码文件arch/arm/include/asm/atomic.h截取的一段代码，本节内容不分析函数的具体实现。对于初学者，这段代码看起来晦涩难懂，因为这不是标准C所定义的形式，而是gcc对C语言扩充的asm功能语句，用以在C语言程序中嵌入汇编代码。
程序清单1.5 整数原子加操作的实现
/*
* ARMv6 UP and SMP safe atomic ops. We use load exclusive and
* store exclusive to ensure that these are atomic. We may loop
* to ensure that the update happens.
*/
static inline void atomic_add(int i, atomic_t *v)
{
unsigned long tmp;
int result;
__asm__ __volatile__("@ atomic_add\n"
"1: ldrex %0, [%3]\n"
" add %0, %0, %4\n"
" strex %1, %0, [%3]\n"
" teq %1, #0\n"
" bne 1b"
: "=&r" (result), "=&r" (tmp), "+Qo" (v->counter)
: "r" (&v->counter), "Ir" (i)
: "cc");
}
asm语句最常用的格式为：
__asm __ __volatile__(" inst1 op1, op2, . \n"
" inst2 op1, op2, . \n" /* 指令部分必选*/
...
" instN op1, op2, . \n"
: output_operands /* 输出操作数可选 */
: input_operands /* 输入操作数可选 */
: clobbered_operands /* 损坏描述部分可选*/
);
它由4个部分组成：指令部分、输出部分、输入部分和损坏描述部分。各部分使用“:”隔开，指令部分必不可少，其他3部分可选。但是如果使用了后面的部分，而前面部分为空，也需要用“:”分隔，相应部分内容为空。__asm__表示汇编语句的起始，__volatile__是一个可选项，加上它可以防止编译器优化时对汇编语句删除、移动。
指令部分，指令之间使用“\n ”（也可以使用“;”或者“\n\t”）分隔。嵌入汇编指令的格式与标准汇编指令的格式大体相同，嵌入汇编指令的操作数使用占位符“%”预留位置，用以引用 C语言程序中的变量。操作数占位符的数量取决于 CPU 中通用寄存器的总数量，占位符的格式为%0，%1，……，%n。
输出、输入部分，这两部分用于描述操作数，不同的操作数描述语句之间用逗号分隔，每个操作数描述符由限定字符串和 C 语言表达式组成，当限定字符串中带有“=”时表示该操作数为输出操作数。限定字符串用于指示编译器如何处理C语言表达式与指令操作数之间的关系，限定字符串中的限定字母有很多种，有些是通用的，有些跟特定的体系相关。在程序清单1.5中：result、tmp和v->counter是输出操作数，分别赋给%0、%1和%2；v->counter和i是输入操作数，分别赋给%3和%4。其中，“r”表示把变量放入通用寄存器中；“I”表示0-31之间的常数。