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C语言与汇编语言的相互调用

2007-02-13 13:22 309 查看

C语言与汇编语言的相互调用

C语言是目前非常流行的一种编程语言，除具有高级语言使用方便灵活、数据处理能力强、编程简单等优点外，还可实现汇编语言的大部分功能，如可直接对硬件进行操作、生成的目标代码质量较高且执行的速度较快等。所以在工程上对硬件处理速度要求不很高的情况下，基本可以用C代替汇编语言，编写接口电路的控制软件。但C也不能完全取代汇编语言，如在一些对速度要求很高的实时控制系统中，以及对硬件的特殊控制方面，C有时也不能完全很好胜任，还需要汇编语言来编写。因为汇编语言目标代码更精练，对硬件直接控制能力更强和执行速度更快，但汇编语言编程烦难、表达能力差也显而易见。比较好的解决办法是C与汇编语言混合编程，即用C编写软件的调度程序、用户界面以及速度要求不高的控制部分，而用汇编语言对速度敏感部分提供最高速度的处理模块，供C调用。这种方法提供了最佳的软件设计方案，做到了兼顾速度效率高和灵活方便。由于本人的毕业设计需要C程序中调用汇编模块的方法来提高ARM定点指令的执行速度，故对这方面进行了学习。学习心得如下：

对于C和汇编语言的接口主要有两个问题需要解决。
一、调用者与被调用者的参数传递
这种数据传递通过堆栈完成，在执行调用时从调用程序参数表中的最后一个参数开始，自动依次压入堆栈；将所有参数压入堆栈后，再自动将被调用程序执行结束后的返回地址（断点）压入堆栈，以使被调程序结束后能返回主调程序的正确位置而继续执行。例如一调用名为add汇编程序模块的主函数：main( ){...... add(dest,op1,op2,flages)；......}。在此例中对主函数进行反汇编，主函数在调用add函数前自动组织的堆栈。
.
.
.
lea 0xfffffffe8(%ebp),%eax #flages数组的首地址入栈
push %eax
pushl 0xfffffff8(%ebp) #OP2入栈
pushl 0xfffffffc(%ebp) #OP1 入栈
pushl 0xfffffff0(%ebp) #dest地址入栈
call 0x80483f0 <add> #调用add函数
.
.
执行完add调用语句后，栈内数据结果如图一所示。

进入汇编子程序后，为了能正确获取主调程序并存入堆栈中的数据，被调的汇编子程序先后要做如下一些工作：
１、保存esp的副本
进入汇编子程序后，子程序中免不了要有压栈和出栈的操作，故ESP时刻在变化。为了能用 ESP访问堆栈中的参数，安全办法是一进入子程序后，先为ESP制副本，以后对传递参数的访问都用副本进行。一般可用EBP保存ESP，如：
push %ebp
mov %ebp，%esp
2、保留数据空间
如果汇编子程序中需要一些局部数据，可以简单地减小ESP的值，以便在栈空间中保留出一段存贮区，用于存放局部数据，该区域须在子程序结束后恢复。如下语句可以保留一个局部数据区：
push %ebp
mov %ebp ,%esp
subl space,%esp；设space=4
movl $0x0,%ebp
movl $0x0,-2(%ebp)
如上语句段中，space是局部数据的总字节数。在以后的应用中，由于ESP是变化的，而 EBP是固定的，用负偏移量可以存取局部变量。上例利用EBP及偏移量，将两个字的局部数据初始化为0。
3、保留寄存器值
如果在被调子程序中用到ESI、EDI等其它寄存器，则应先把它们压入堆栈，以保留寄存器原值。例如，下例就是将ESI和EDI寄存器的值压栈:
pushl %ebp
movl %ebp ,%esp
subl $space ,%esp,
pushl %esi
pushl %edi
4、获取传递参数
作完了1～3步的操作后，结合上面C程序传送参数这一例子，现在栈结构如图二所示。

由此可见，EBP保留了ESP在参数传递完并将EBP压栈后的一个副本，利用EBP可以很方便地访问各参数。现假设各参数都是2字节的整数值，在小模式编译方式共占用2个字节。如果要将传递的参数op1、op2取出，并分别赋给ebx、ecx寄存器，可由下列语句完成这一功能：
movl 0x8(%ebp),%eax
movl 0xc(%ebp),%ecx
5、子程序返回值
当子程序的执行结果需要返回时，根据返回值的字长，C按如下约定接收返回值：1字节在AL 寄存器中；2字节在EAX寄存器中；4字节则高位部分在EDX中、低位部分在EAX寄存器中。C可从这些寄存器中取出返回值。
6、退出汇编子程序
结束汇编子程序的步骤如下：
1）若ESS、EDS、ESI或EDI已被压栈，则需按保存它们的相反顺序弹出它们。
2）若在过程开始时分配了局部数据空间，则以指令 mov %esp和%ebp 恢复%esp。
3）以指令pop %ebp 恢复%ebp ，该步是必须的。或者可以用leave语句来恢复%ebp 。它相当于movl %ebp, %esp; popl %ebp
4）最后以ret结束汇编程序。
二、说明和建立调用者与被调用者间的连系
为了建立调用与被调用模块间的连接关系，被调用的汇编程序应用global，说明其可被外部模块调用；而调用程序则应预先说明要引用的外部模块名。下面通过我的例子进行说明，该例是C调用add0的汇编子程序。程序清单如下：
/* add.c */
#include <stdio.h>
extern void add(int *dest,int op1,int op2,short int*flages);
/*声明调用外部的汇编函数*/
int main(void){
int op1,op2,result;
int *dest=&result;
short int flages[4]={0,0,0,0};
printf("please enter two soure operater:");
scanf("%x%x",&op1,&op2);
add(dest,op1,op2,flages);/*调用add0函数*/
printf("The result of ADD is :%x/n flages N(negative) Z(zero) C(carry) V(overflow:%d,%d,%d,%d/n",*dest,flages[3],flages[2],flages[1],flages[0]);
return 0;
}
#add.s
.text
.align 2
.global add
.type add,function
#定义add为外部可调用的函数
add:
push %ebp #ebp寄存器内容压栈，保存add函数的上级调用函数的栈基地址
mov %esp,%ebp #esp值赋给ebp，设置add函数的栈基地址
mov 0x8(%ebp),%edx
mov 0x10(%ebp),%eax
add 0xc(%ebp),%eax
mov %eax,(%edx)
mov 0x14(%ebp),%eax
jo OF
C:
jc CF
S:
js SF
jz ZF
jmp out
OF:
movw $0x1,(%eax)
jmp C
CF:
movw $0x1,0x2(%eax)
jmp S
SF:
movw $0x1,0x6(%eax)
movw $0x0,0x4(%eax)
jmp out
ZF:
movw $0x1,0x4(%eax)
movw $0x0,0x6(%eax)
out:
leave #将ebp值赋给esp，pop先前栈内的上级函数栈的基地址给#ebp，恢复原栈基址
ret #add函数返回，回到上级的调用函数

其中.text 标志一个代码段的开始，这是AT&T的段格式；global add;/n
type add,function说明add是公用的，可以由外部其它单独编译模块调用。
将C源程序以文件名add.c存盘，汇编语言源程序以add.s 存盘;通过MAKE进行编译和连接连接代码如下：

all: myadd
myadd: adds.o addc.o
gcc –o myadd adds.o adc.o
adds.o: add.s
as –o adds.o add.s
addc.o: add.c
gcc –g –o addc.o add.c
由上可见，在C中调用汇编模块很方便。所以我们在实际软件开发中，可以采用混合编程的技术，从而尽可能利用各语言的优势。既满足实际问题的需要，又简化设计过程，达到事半功倍的效果。

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