专题10-C语言环境初始化

Bootloader的前半部分需要汇编语言的使用，后半部分需要 C语言的使用。

第一课.栈的初始化

一．概念解析

1. 栈

栈是一种具有后进先出性质的数据组织方式，也就是说后存放的先取出，先存放的后取出。栈底是第一个进栈的数据所处的位置，栈顶是最后一个进栈的数据所处的位置。

1. 根据SP指针指向的位置，栈可以分为满栈和空栈

（1）满栈：当堆栈指针SP总是指向最后压入堆栈的数据

（2）空栈：堆栈指针SP指向下一个将要放入数据的空位置

ARM采用满栈。

1. 升降栈

根据SP指针的移动方向，栈可以分为升栈和降栈

（1）升栈：随着数据的入栈，SP指针从低地址指向高地址。

（2）降栈：随着数据的入栈，SP指针从高地址指向低地址。

ARM采用降栈

1. 栈帧

简单的讲，栈帧（stack frame）就是一个函数所使用的的那部分栈，所有函数的栈帧串起来就是一个完整的栈。栈帧的两个边界分别由fp（r11）和sp（r13）来限定。

二. 栈的作用

（1）保存局部变量

#include <stdio.h>

int main()

{

int a;

a++;

return a;

}

（2）参数传递

#include <stdio.h>

void func1(int a,int b,int c,int d,int e,int f)

{

int k;

k=e+f;

}

int main()

{

func1(1,2,3,4,5,6);

return 0;

}

（3）保存寄存器变量

#include <stdio.h>

void func2(int a,int b)

{

int k;

k=a+b;

}

void func1(int a,int b)

{

int c;

func2(3,4);

c=a+b;

}

int main()

{

func1(1,2);

return 0;

}

三．写代码

reset:

bl set_svc

bl disable_watchdog

bl disable_interrupt

bl disable_mmu

bl init_clock

bl init_sdram

bl copy_to_ram

bl init_stack

bl light_led

init_stack:    @2440，内存地址加64Mb

ldr sp, =0x34000000

mov pc ,lr

init_stack:    @6410，内存地址加64Mb

ldr sp, =0x54000000

mov pc ,lr

init_stack:    @210，内存地址加64Mb

ldr sp, =0x24000000

mov pc ,lr

第二课.初始化Bss段

·Bss段的作用

初始化的全局变量存在数据段，局部变量存在栈，malloc申请的数据存在堆，未初始化全局变量存放在bss段。找到bss段的起始地址和结束地址，往其中放的数都是0，在链接器脚本中有bss_start记录起始地址和bss_end终止地址。

bl clean_bss   @2440、6410、210通用

clean_bss:

ldr r0, =bss_start

ldr r1, =bss_end

cmp r0, r1  @若相等的话

moveq pc, lr  @直接返回，什么不做

clean_loop:     @不相等，执行循环语句

mov r2, #0

str r2, [r0], #4

cmp r0, r1

bne clean_loop

mov pc, lr

第三课.一跃进入C大门

这一阶段开始从汇编语言转换成C语言来进行

我们思考的两个问题：

采用什么方式跳转？检验是否跳转成功？

一． 跳转

当前我们的程序运行在垫脚石中，我们希望跳转到内存中的main函数，这种方式是绝对跳转。相对跳转需要两个位置之间的差值，相对跳转的会发现SRAM（垫脚石）之中与内存之中都有main函数，会直接跳转到垫脚石之中的main函数。所以我们采用绝对跳转。

代码：

.global _start

reset:

bl set_svc

bl disable_watchdog

bl disable_interrupt

bl disable_mmu

bl init_clock

bl init_sdram

bl copy_to_ram

bl init_stack

bl clean_bss

ldr pc, =gboot_main

@     bl light_led

在C语言文件中，写下如下的代码：

#define GPBCON (volatile unsigned long*)0x56000010

#define GPBDAT (volatile unsigned long*)0x56000014

int gboot_main()

{

*(GPBCON) = 0x15400;

*(GPBDAT) = 0x6BF;

return 0;

}

Makefile中修改：

all: start.o main.o

arm-linux-ld -Tgboot.lds -o gboot.elf $^

arm-linux-objcopy -O binary gboot.elf gboot.bin

%.o : %.S

arm-linux-gcc -g -c $^

%.o : %.c

arm-linux-gcc -g -c $^

.PHONY: clean

clean:

rm *.o *.elf *.bin

二． 使用C语言点亮led

将汇编语言中的点亮led操作注销了，将这部分代码导入到C文件中。

#define GPBCON (volatile unsigned long*)0x56000010

#define GPBDAT (volatile unsigned long*)0x56000014

int gboot_main()

{

*(GPBCON) = 0x15400; //控制结存器

*(GPBDAT) = 0x6BF;   //数据寄存器

return 0;

}

C语言中的地址都是unsigned long*，为了减少不必要的优化，外加volatile unsigned long，给地址赋值在前面加星号，加入汇编代码的值就好。

注意：

使用210开发板编写的代码，是运行不出来的。在使用210的时候，我们加了16字节的头，这是给bootloader使用的。当把垫脚石中的代码复制到内存的时候，这个头就不需要使用的，需要将这个头文件去掉。210的垫脚石复制从第16个字节开始，其中内存初始化程序是：

         copy_to_ram:

ldr r0, =0xd0020010

ldr r1, =0x20008000

add r3, r0, #1024*4

第四课.第4课-C与汇编混合编程

C语言与汇编的混合编程不仅出现在，我们的bootloader设计中，出现在驱动中，在其他的嵌入式开发中也是需要的。下面我们看一下两种语言各自的优点。

汇编语言：执行效率高；编写繁琐。

C语言：可读性强，移植性好，调试方便。

在一些执行效率需要很高，能更直接地控制处理器的地方，我们必须要使用汇编语言。

1. 汇编调用C函数

若是下汇编语言下调用C函数，直接在程序中，将函数名给pc指针就好。我们之前写的代码就是汇编调用C函数。

1. C语言调用汇编

将汇编语言的函数名放在C语言中，单在这之前要把调用的函数升级为全局的。也就是在相应的函数之前加上.global。

1. C语言内嵌汇编语言

这部分我们不是进行引用，而是直接在C语言中写汇编语言。

（1）格式

_asm_(

汇编语言部分

：输出部分

：输入部分

：破坏描述部分

）；

C语言内嵌汇编以关键字“_asm_”或者“asm”开始，下辖四个部分，各部分之间使用“：”分开，第一部分是必须写的，后面的三部分是可以省略的，但是分号：不能省略！

l  汇编语句部分；汇编语句的集合，可以包含多条汇编语句，每条语句之间需要使用换行符“\n”合开或者分号“；”隔开。

l  输出部分：在汇编中被修改的C变量列表。

l  输出部分：作为参数输入到会汇编中的变量列表。

l  破坏描述部分：执行汇编指令会被破坏的寄存器描述

（2）范例

void write_p51_c1 (unsigned long value)

{

_asm_(

“mcr p15, 0, %0, c1, c0, 0\n”   @其中%0表示0号参数

:

:”r”(value)@编译器选择一个R*寄存器  将value的值给%0

:”memory”);

}

Unsigned long read_p15_c1 (void)

{

unsigned long value;

_asm_(

“mcr p15, 0, %0, c1, c0, 0\n”

: ”=r” (value) @ ’=’ 表示只写操作数，用于输出部

：

: “memry”);
         return value;

}

unsigned long old;

unsigned long temp;

_asm_ volatile(

“mrs  %0,  cpsr  \n”

“orr  %1,  %0,  #128  \n”

“msr  cpsr_c,  %1\n”

: ”=r” (old), “=r” (temp)

:

: “memory”);

使用volatile来告诉编译器，不要对接下来的这部分代码进行优化。