第6章 C语言和汇编语言混合编程
6.1  C语言和汇编语言混合编程中参数传递和寄存器使用
在很多DSP应用中使用C语言和汇编语言进行混合编程。C语言具有可读性高、便于维护和可移植性好等优点，然而汇编语言具有实时运行效率高和代码效率高的优点。使用汇编语言可以更充分地利用DSP的硬件资源，例如乘累加单元、单指令重复、块重复和块移动等等。某些程序使用汇编语言编写实时运行效率是C语言的几十倍或更多，运算量越大，汇编语言编写的程序实时运行效率越明显。C函数调用汇编子程序和C函数一样有参数传递和返回，以下我们给出C函数如何调用C55x汇编子程序。
6.1.1名称转换
C函数调用汇编子程序时，汇编程序所有变量名和子函数名加前缀下划线“ _ ”，例如使用_sum作为汇编语言程序子函数名。如果汇编程序中定义了变量，必须加前缀下划线C函数才能使用该变量。前缀“ _ ”只在C编译时使用，当我们用C函数调用汇编子函数和变量时，不需要加前缀“ _ ”。以下是C程序调用汇编子函数例子。
C程序：
    extern int sum(int *);//参考一个汇编函数
    int x[4]={0x1223,0x345,0x2345,0x3444};//定义全局变量并初始化
    int s;//定义全局变量
    void main()
    {
        s=sum(x);//
        while(1);//
        }
汇编程序：
        .global _sum ;
_sum                    ;
        rptz ac0,#3  ;
        add *ar0+,ac0;
        mov ac0,t0    ;
        ret          ;
2.变量定义
当C和汇编子程序使用同一变量时，在汇编程序中必须使用.global,.def 或.ref定义成全局变量。
3.编译模式
使用C编译器，C55x的CPL（编译模式位）自动被置1，在进入汇编程序时，相对寻址模式使用堆栈指针SP。如果在汇编程序中我们需要使用相对直接寻址模式访问数据存储器，必须改成数据页DP直接寻址模式，可以通过清CPL位实现，在返回C调用程序前，CPL位必须重新置1。
4.参数传递
从C函数传递参数到汇编子程序，必须严格遵守C调用转换规则。传递一个参数，C编译器安排它一个特定的数据类型，并把它放到相应数据类型的寄存器里，C55x的C编译器使用以下三种典型的数据类型：
⏹ 数据指针：int *或long *
⏹ 16位数据：char、short或 int
⏹ 32位数据：long、float、double或函数入口
如果参数指向数据内存，它们作为数据指针；如果参数能放到一个16位的寄存器里，它作为16位数据，例如数据类型为int和char，否则作为32位数据；参数也可以是结构体，一个结构体是两个字（32位）或少于两个字将作为32位参数，并使用32位寄存器传递，超过两个字的结构体，使用参考点传递参数，C编译器将使用指针来传递结构体的地址，这个指针作为一数据参数。
在子程序调用中，函数中的参数顺序地安排到寄存器中，参数存放寄存器和其数据类型相对应，表6-1是参数类型和寄存器安排顺序表。
表6-1参数类型和寄存器安排顺序表
参数类型
寄存器安排顺序
16位数据指针
AR0，AR1，AR2，AR3，AR4
23位数据指针
XAR0，XAR1，XAR2，XAR3，XAR4
16位数据
T0，T1，AR0，AR1，AR2，AR3，AR4
32位数据
AC0，AC1，AC2
从表6-1中看到辅助寄存器既可作为数据指针又可以作为16位数据寄存器，例如T0和T1保存了16位数据参数，并且AR0已经保存了一个数据指针参数，那么第三个16位参数数据将放到AR1。
5.参数返回值
从被调用的子程序返回值，当返回一个16位数据使用T0；当返回一个32位数据使用AC 0；当返回一个数据指针使用XAR0；当返回一个结构体，这个结构体在当前的堆栈里。
以下是几个参数传递和返回值使用寄存器的例子：
例1：返回值存放于T0，参数传递16位数据i使用T0，16位数据指针*k使用AR0，32位数据p使用AC0；
例2：返回值存放于AC0，参数传递16位数据i使用T0，16位数据指针*k使用AR0，16位数据p使用T1，16位数据n使用AR1；
       
例3：返回值存放于AC0，参数传递16位数据i使用T0，16位数据指针*k使用AR0，32位数
据p使用AC0，16位数据n使用T1。
6.寄存器的使用和保存
当使用一个函数调用，调用函数和被调用函数之间寄存器安排和保存被严格定义。被调用函数需使用这些寄存器：T2，T3，AR5，AR6，AR7，AC3时，在使用之前必须先将其内容保存之后再使用，可以使用压栈来保存这些寄存器，在返回前按照先入后出顺序弹栈，将其内容恢复；被调用函数可以自由使用这些寄存器：AC0—AC2，T0，T1和AR0—AR4，不需要预先保存和恢复。调用函数如果需要使用AC0—AC2，T0，T1和AR0—AR4这些寄存器的内容，在进入被调用函数之前，需要先将其内容压栈保存。
6.2  C55x DSP C语言和汇编语言混合编程实验
6.2.1实验目的
⏹ 学习C语言和汇编语言混合编程的编写方法；
⏹ 掌握C语言调用汇编程序；
⏹ 学习C语言和汇编语言之间参数的传递和返回。
6.2.2 实验设备
⏹ PC兼容机一台；操作系统为Windows2000 (或WindowsNT、Windows98、WindowsXP）；
⏹ 计算机安装CCS 5000或CCS 3.1。
6.2.3实验内容
使用C语言和汇编语言进行混合编程，使用C程序调用汇编子程序，使用汇编语言编写一个两个数组乘累加运算公式程序，C程序将两个数组首地址和长度传递给汇编程序，汇编程序将运算结果返回给C程序。乘累加公式：         
6.2.4实验步骤
1.  实验准备
参照第1章的内容，将CCS设置成C55x 软件仿真，启动CCS；
2.  建一个工程；
3.  建一个C文件，把C语言程序输入到文件中，把该文件添加到工程；
4.  建一个汇编asm文件，把汇编程序输入到文件中，把该文件添加到工程；
5.  建一个命令cmd文件，把命令输入到文件中，把该文件添加到工程；
6.  编译工程，装载输出文件；
7.  打开CPU寄存器观察窗；
8.  从菜单View—>Watch Window打开变量观察窗口，如图6-1所示；
  在Watch 1窗口Name栏输入全局变量的名称，可以在Type栏看到该变量的所定义的类型，在对应变量Radix栏点击鼠标左键，将弹出数据显示类型选择条，可以选择相应的数据类型，将变量s3数据类型选择Q15格式。
图6-1变量观察窗口
9.  将程序运行到sum( )子程序；
可以在Watch Locals观察窗口看到局部变量k，l，s的值，如图6-2所示。
图6-2 局部变量观察窗口
10.  继续运行程序，直到while( )处；
可以在变量观察窗口Watch 1处观察变量s1，s2，s3的变化，如图6-2所示。
图6-3 局部变量观察窗口
在运行程序时，注意观察寄存器：AC0，T0，XAR0，XAR1，XAR2，XAR3等的变化，在
参数传递和返回中使用了这些寄存器。
6.2.5 程序清单参考
1. C语言程序
    extern int mac1(int *,int *,int );
extern long mac2(int *,int *,int );
extern int mac3(int *,int *,int );//all data are Q15
int x[4]={0x1223,0x345,0x2345,0x3444};
c语言中文网汇编语言int a[4]={0x4567,0x345,0x786,0x4332};
int n=4;  int s1;  long s2;  int s3;
int sum();
void main()
{
    int s4;
    s4=sum();
    s1=mac1(x,a,n);//*ar0=x[0],*ar1=a[0],t0=n,return is stored in t0
    s2=mac2(x,a,n);//*ar0=x[0],*ar1=a[0],t0=n,return is stored in ac0
    s3=mac3(x,a,n);//*ar0=x[0],*ar1=a[0],t0=n,return is stored in t0
    while(1);
}
int sum()
{
    int s;int k=3;    int l=9; s=k+l;   
    return(s);
}
2. 汇编程序
    .global _mac1,_mac2,_mac3
_mac1      ; int mac1(int *,    int *,          int )
    ; first data  second data  window length
    ; return value is 16bit and storing t0
    sub #1,t0
    mov t0,mmap(csr)
    mov #0,ac0
    rpt csr
    mac  *ar0+,*ar1+,ac0
    mov ac0,t0   
    ret
_mac2 ; long mac2(int *,    int *,        int )
;first data  second data  window length
      ; return value is 32bit and storing ac0
    sub #1,t0
    mov t0,mmap(csr)
    mov #0,ac0
    rpt csr
    mac  *ar0+,*ar1+,ac0
    ret
_mac3 ; int mac3(int *,    int *,        int )
    ;      first data  second data  window length
      ;all data is Q15
      ; return value is 16bit and storing ac0
    bset frct
    sub #1,t0
    mov t0,mmap(csr)
    mov #0,ac0
    rpt csr
    mac  *ar0+,*ar1+,ac0
    mov hi(ac0),t0
    bclr frct
    ret
3. 命令文件
-stack    0x500  /* Primary stack size  */
-sysstack 0x500  /* Secondary stack size */
-c                /* Use C linking conventions: auto-init vars at runtime */
-u _Reset        /* Force load of reset interrupt handler                */

/* SPECIFY THE SYSTEM MEMORY MAP */

MEMORY
{
PAGE 0:  /* ---- Unified Program/Data Address Space ---- */

  RAM  (RWIX) : origin = 0x000100, length = 0x01ff00  /* 128Kb page of RAM  */
  ROM  (RIX)  : origin = 0x020100, length = 0x01ff00  /* 128Kb page of ROM  */
  VECS (RIX)  : origin = 0xffff00, length = 0x000100  /* 256-byte int vector */


PAGE 2:  /* -------- 64K-word I/O Address Space -------- */

  IOPORT (RWI) : origin = 0x000000, length = 0x020000
}

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