ARM 裸机程序学习 03 发送SOS信号（汇编 + C）

　　之前的两个示例程序都是完全由汇编编写的，而这次的示例程序由汇编和C语言写成并编译。

　　汇编自有汇编的优点，比如你可以非常清楚地知道CPU在执行每条指令时到底做了什么，怎么做的，数据到底保存在哪儿等等，但是缺点也很明显，写汇编代码太痛苦，而且代码也不易阅读，所以C语言出现了。//其实，还包括C++

　　从Code Warrior 的DebugRel Setting 中可以看到，Code Warrior 应该支持汇编，C ，C++ 三种语言。此外，在利用汇编和C语言编程时，要记得两个编译器都要设置成对应的ARM处理器架构。

　　程序方面，这次要写的是一个发送SOS信号的程序（莫尔斯码：...---... ，即三短三长三短）。输出方式有很多，比如上两篇文章提到的LED灯或者蜂鸣器。考虑到扰民问题，决定使用LED作为输出。当然，这个示例代码的关注点仅仅是如何从汇编代码跳转到C代码。

汇编代码如下：

init.s

    AREA |DATA|,CODE,READONLY
    ENTRY
    
    LDR R13, =0x34000000
    IMPORT ledMain
    b ledMain
    
    END

　　这段汇编代码非常简单：

4：LDR伪指令（有等号“=”），将 0x34000000 存入R13 寄存器，为堆栈初始化。

5：IMPORT伪指令，说明了一个跳转符号。比如，上两篇提到过的START，BEEPON 等。可以通过B 跳转指令来控制程序的执行顺序。而当这个符号并不在本文件中时，需要用IMPORT 来说明。从汇编代码跳转到C 代码，就需要这个指令。符号名称即为C 函数的函数名。

6：B 跳转指令，跳转到ledMain 处。即调用C 代码的ledMain 函数处。

有关第4行：

　　在ARM 中，R13寄存器常用作堆栈寄存器。之前的纯汇编代码并没有用到R13，但也能运行。说明逻辑程序是并不一定需要一个堆栈。而这里之所以又用到了堆栈寄存器，是因为C 语言所编写的程序必须要一个堆栈。就是说，是C 需要堆栈，而不是ARM 需要。

　　那么，如何确定这个初始化的值呢？答案不唯一，甚至可以随便一点。

一、C 程序的布局

　　首先来看看C 程序的布局：

　　如图，一般而言，C 程序具有固定的布局格式。一般而言，正在运行的程序从内存地址低到高分为如下几个“段”：

　　1. 文本段（TEXT），存放代码以及常量，这些数据无论何时，都不会改变。也有人会把常量单独分为一个“常量段”，这也不无道理。简单起见，因为他们不会改变的特性，我把它们一起当做文本段。

注意：C 语言中，用CONST 声明的是一个“只读变量”，它本质上还是变量而非常量，利用指针，是可以改变其值的。

而只有那些在程序中被“写死”的数字符号才是真正意义上的常量。

　　2. 数据段（DATA），存放在程序运行之初，已经初始化赋值过的变量。其中有全局变量以及静态变量（static）。

　　3. BSS段（BSS），存放程序运行之初，尚未初始化赋值的变量。其中有全局变量以及静态变量。上图中写道会被初始化为0，但实际并不一定都是。比如C 中的野指针就是一个例子，很可能存放着垃圾数据。

　　4. 堆（HEAP），动态储存区，只有程序执行时才会出现。常用的MALLOC 所分配的内存就在这个地方。增长方向为从内存地址低到高向上。

　　5. 堆栈（STACK），动态存储区，和堆一样，只有程序执行时才会出现。在不考虑编译优化的情况下，只要调用函数，就会压栈。子程序返回，则出栈。增长方向和堆相反，为从内存地址高到低向下。另外，堆就是堆（HEAP），堆栈就是栈（STACK）。两者只是名字比较容易混淆，但是作用完全不一样。

一般而言，局部变量都会被存放在堆栈里。这也说明了为什么局部变量在子程序返回时就被销毁而不可用。

而ARM 在这个地方会有个特别之处：如果函数调用的参数在4个以内，会利用寄存器R0~R3来传递。只有超过部分才会利用栈来传递。

 

相关文章链接： C 程序内存分布；ARM函数调用时参数传递规则

二、堆栈寄存器的初始化

　　知道了程序在内存中的布局后，如何确定堆栈寄存器也变得有点眉目了。规则我觉得就两条：

　　1.地址在内存范围里；2.堆栈不和数据段撞车。

　　先讲第1条：首先要明确一点，此时我们的程序并没有启动内存管理单元MMU，真正的内存地址得看S3C2440的储存空间映射图：

　　s3c2440有2种启动方式，从NOR FLASH 启动（左）和从NAND FLASH 启动（右）。

　　从图中看到，并不是所有的地址都是所谓的“内存地址”。甚至地址也不一定是连续的。ARM 使用统一编址，就是乱七八糟设备的地址都混杂在一起的编址方式（- -）。所以，仔细观察上面这张图，应该立刻发现，我们得把堆栈指针设置到内存地址范围内，而不是随便挑一个自己喜欢的地址。

　　具体的例子：64M的SDRAM作为内存，地址空间映射到BANK6，那么内存地址范围就是 0x30000000~0x34000000 （64*1024*1024=67108864，即 0x04000000）

　　理论上而言，如果希望CPU运行起来非常简单，通电就可以，内存，硬盘什么都可以不要。但是，此时CPU仅仅是出于“运行”状态，不会去执行任何操作——因为没有指令可以执行。于是，我们给它加上了内存。这样，CPU可以从内存中得到指令，从而执行。并将执行结果放到内存里去。

　　此时的计算机可以执行具体操作了，但是仍然不能完成任务。因为内存一掉电数据就丢失——想想一下只能一直开着的电脑。这依然不科学。于是，我们又加上了硬盘，里面存放着掉电也不会丢失的指令和数据。

　　这样，计算机一启动，先把硬盘里的指令和数据放到内存，然后CPU从内存里获取指令和数据并执行，把结果返回到内存，再保存到硬盘。这样，关机后，硬盘里也存放着你希望得到的数据。

　　s3c2440 拥有一块4K 的片内RAM ，可以看做是一个内存。但并没有任何片内ROM，也就是没有硬盘。在s3c2440 以NOR FLASH 启动时，NOR FLASH 相当于一块速度非常快的硬盘。它好像内存一样，CPU 直接从NOR FLASH 获取指令和数据，然后执行。而NAND FLASH 启动时，由于NAND FLASH 非常慢，相当于硬盘。在这种启动方式下，s3c2440 自动把NAND FLASH 最开始的4K 内容复制到片内RAM，然后再执行。

　　所以，按NAND FLASH 启动时，堆栈寄存器可以设为片内RAM 的最大地址：0x1000（4K）或者属于SDRAM的地址，比如本例的 0x34000000。而千万不要设置成其他地址，比如ROM 的地址或者其他奇怪的地址。

　　第2条堆栈不和数据段撞车：这就很好理解了。因为堆栈空间是向下增长，也就是向数据段（DATA）方向增长的。如果堆栈里的数据跑到数据段里把数据覆盖，肯定是出问题。当然，这也可以成为破解或者黑客的一种手段。

　　本人使用AXD+JLINK来运行程序，实际操作下来 0x1000 和 0x34000000 都可以。

剩下的是C 代码：

ledMain.c

#define GPBCON (*(volatile unsigned *)0x56000010)  //定义IO口地址
#define GPBDAT (*(volatile unsigned *)0x56000014)
#define GPBUP (*(volatile unsigned *)0x56000018)

//延迟函数，通过让CPU空转实现
void Delay(int x)
{
    unsigned a;
    
    while(x)
    {
        for(a=0xffff;a>0x0;a--);
        x--;
    }
}

//LED灯亮灭部分，可参照上两篇文章
void ledup()
{
    GPBDAT=~(1<<5);
}


void leddown(void)
{
    GPBDAT=~0;
}

//控制亮起时间长短和亮灭次数
void ledFreq(int t,int count)
{    
    while(count--)
    {
        ledup();
        Delay(t);
        leddown();
        Delay(7);
    }
}

//主函数
void ledMain()
{
    GPBCON=0xddd7fc;  //对IO口的设置可以参考前两篇文章
    GPBUP=0x0;
    GPBDAT=~0x0;
    
    while(1)
    { 
        ledFreq(5,3);
        Delay(30);
        
        ledFreq(15,3);
        Delay(30);
        
        ledFreq(5,3);
        Delay(30);
    }
}

　　本文涉及内容较多，如有谬误或者疏漏，敬请提出！