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  • 在科幻小说《三体》中,刘慈欣写道...C语言一但在语言特征上想具有面向对象的特征,那么就不称其为C语言了。C++ 一旦封装上了微软的MFC,也就不是C++了,同样,JAVA用上了各种框架,也就不再是JAVA, Python带上了各...

    在科幻小说《三体》中,刘慈欣写道:

    ---- “当鱼从陆地上来,它已经不是鱼了;当人类进入太空后,他就不是地球人了

    ----”把海弄干的鱼在海干前上了陆地,从一片黑暗森林奔向另一片黑暗森林。

    我深以为然。C语言一但在语言特征上想具有面向对象的特征,那么就不称其为C语言了。C++ 一旦封装上了微软的MFC,也就不是C++了,同样,JAVA用上了各种框架,也就不再是JAVA, Python带上了各种包,还能算Python吗?我们 在写算法呢?还是在学别人写好的的算法接口?为了追求简单,我们不断地封装,在不断增加的套子中迷失,为了追求光明,我们从一片黑暗森林奔向下一片黑暗森林!

    在计算机世界,我们也是这样一路走过。从机器码到汇编语言,从汇编到高级语言,程序员的目标是追求更加简单的设计。UNXI诞生了,C语言作为系统级的最佳语言,随着UNIX的进步逐步普及,以其简单的语言特征征服了计算机界,成为使用者最广的语言,就像英语之于人类世界一样。UNIX的设计理念是简单(但不简陋),KISS原则(Keep it Simple, Stupid)大概对应着中文里所说的”大道至简“吧。

    JAVA追求比C++更简单、更安全。也的确做到了,但在企业级应用的过程中,由于各种框架的加入,多数JAVA程序员已经忘记或者从没有想到JAVA不用框架也可以用得很好。从一定程度上说,框架成就了JAVA,也害了JAVA,带着框架的JAVA就象带着MFC的VC++,无纯粹可谈。

    唯有C语言,还保持着那么纯洁率真的本性,一个标准库,精简的语法,最小的编译系统,等等,使C语言通行在单片机、嵌入式到单机、服务器、网络整个计算机世界中。

    C语言至今是任何其他语言无法替代的,成为其他语言模仿的对象,我想,其根本原因是,根植于系统底层,无为而无不为,以简易的直接的方式向用户提供全方位的操控手段。其中的每个语句或基本函数,就象电路里的分立元件,不封装,而提供单一的功能,从而实现最广泛的复用。

    在UNIX/LINUX那里,由千千万万个独立的单功能的模块组成,多一个不多,少一个不少,你可以自由裁剪,那是一个自由的世界。况且,linux是以最简洁的内核去应对最复杂的应用: linux下的内核API共300多个(开发驱动才用得到),加上 Linux所有的C的API个数是279个,共600个,如果不开发驱动,则用不到三百个C函数就能搞定。

    而在Windows这里,总的Windows API 数量为接近3000个, 并且Windows API 的参数很多, 类型复杂,不可能记住!加上MFC又对Windows API封装了一次,导致程序员疲于奔命,迷失在微软的手册中,为一个GUI界面耗费大量时间,忘记了算法才是真正要做的事!不可否认,Windows想给用户一个美丽而简单的操作界面,也确实在很大程度上做到了这一点,但代价是:一、牺牲了稳定性,特别是做服务器时,GUI崩溃也将导致服务崩溃;二、MFC采用面向对象的思想后,繁复难用,导致程序开发用在用户界面上的工作量大大高于核心算法。我认为,开发算法程序,最好远离VC++, 甚至要远离C++。开发数据接口和机-机界面就好,不要去纠缠人机界面(特别是图形化操作GUI)的事。

    人机界面如何处理?现代的方法是:人机界面定位在前台,信息处理定位在后台,前台的一切交给浏览器吧,后台在服务器端,做机-机交互的命令行模式最好。在服务器端让GUI见鬼去,在用户端,让GUI限制成浏览器里。通过网络提供服务的模式,实现应用与应用之间,应用与操作系统之间、应用与机器硬件之间最大限度的解耦。

    应当认为,面向对象始终是一种思想,而不是一种语法,OO的核心就是为了解耦,但不会是唯一的方法。在语言内部(也就是代码内部)反复封装、继承,不是件好事,继承带来的危害远超过好处,甚至我不主张函数间多重调用。那样的程序在理解上、维护和升级上都困难。一个程序,就实现一个功能就好,但要把这个功能做到极致

    我认为,理想的解耦(特别是在服务器端算法程序中),应在OS级上或网络级上,通过文本化的(如xml,json等等)格式进行数据交流,从而形成更大的功能系统。理想的状态是:去规范模块间的数据交互接口,做到每个程序模块(每个服务的提供者)都是可替代的(或都有可替代的简单方法或可能性)。

    面向对象从上世纪90年代流行以来,实践了近三十年,但关于语言级上面向对象的问题,不是所有人都持赞成意见,有许多名家也提出过自己的看法,值得我们深思:(以下引自 http://harmful.cat-v.org/software/OO_programming/

    “有时,优雅的实现只需要一个函数。不是一个方法。不是一个类,不是一个框架。只是一个方法。” — John Carmack(id Software 的创始人、第一人称射击游戏之父)

    “我一度曾经迷恋上了面向对象编程。现在我发现自己更倾向于认为面向对象是一个阴谋,企图毁掉我们的编程乐趣。” — Eric Allman(sendmail 的创造者)

    “面向对象”这个词包含很多意思。有一半是显而易见的,而另一半是错误的。“ — Paul Graham(美国互联网界如日中天的教父级人物)

    “面向对象编程语言的问题在于,它总是附带着所有它需要的隐含环境。你想要一个香蕉,但得到的却是一个大猩猩拿着香蕉,而其还有整个丛林。” — Joe Armstrong(Erlang 语言发明人)
      
    “面向对象编程是一个极其糟糕的主意,只有硅谷里的人能干出这种事情。” — Edsger Dijkstra (图灵奖获得者)

    “实现上的继承就跟过度使用 goto 语句一样,使程序拧巴和脆弱。结果就是,面向对象系统通常遭受复杂和缺乏复用的痛苦。” — John Ousterhout( Tcl and Tk 的创始人) Scripting, IEEE Computer, March 1998

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  • 一、内联汇编的优缺点  因为在Visual C++中使用内联汇编不需要额外的编译器...使用汇编语言写函数;  2.对速度要求非常高的代码;  3.设备驱动程序中直接访问硬件;  4."Naked" Call的初始化结束代码。

    一、内联汇编的优缺点


      因为在Visual C++中使用内联汇编不需要额外的编译器和联接器,且可以处理Visual C++中不能处理的一些事情,而且可以使用在C/C++中的变量,所以非常方便。内联汇编主要用于如下场合:


      1.使用汇编语言写函数;

      2.对速度要求非常高的代码;

      3.设备驱动程序中直接访问硬件;

      4."Naked" Call的初始化和结束代码。


      //(."Naked",理解了意思,但是不知道怎么翻译^_^,大概就是不需要C/C++的编译器(自作聪明)生成的函数初始化和收尾代码,请参看MSDN的"Naked Functions"的说明)


      内联汇编代码不易于移植,如果你的程序打算在不同类型的机器(比如x86和Alpha)上运行,应当尽量避免使用内联汇编。这时候你可以使用MASM,因为MASM支持更方便的的宏指令和数据指示符。


      二、内联汇编关键字


      在Visual C++使用内联汇编用到的是__asm关键字,这个关键字有两种使用方法:


      1.简单__asm块


    __asm

    {

    MOV AL, 2

    MOV DX, 0XD007

    OUT AL, DX

    }


      2.在每条汇编指令之前加__asm关键字


    __asm MOV AL, 2

    __asm MOV DX, 0xD007

    __asm OUT AL, DX


      因为__asm关键字是语句分隔符,因此你可以把汇编指令放在同一行:


      __asm MOV AL, 2 __asm MOV DX, 0XD007 __asm OUT AL, DX


      显然,第一种方法和C/C++的风格很一致,并且有很多其它优点,因此推荐使用第一种方法。


      不象在C/C++中的"{}",__asm块的"{}"不会影响C/C++变量的作用范围。同时,__asm块可以嵌套,嵌套也不会影响变量的作用范围。


      三、在__asm块中使用汇编语言


      1.内联汇编指令集


      内联汇编完全支持的Intel 486指令集,允许使用MMX指令。不支持的指令可以使用_EMIT伪指令定义(_EMIT伪指令说明见下文)。


      2.MASM表达式


      内联汇编可以使用MASM中的表达式。比如: MOV EAX, 1。


      3.数据指示符和操作符


      虽然__asm块中允许使用C/C++的数据类型和对象,但它不能用MASM指示符和操作符定义数据对象。这里特别指出,__asm块中不允许MASM中的定义指示符: DB、DW、DD、DQ、DT和DF,也不允许DUP和THIS操作符。MASM结构和记录也不再有效,内联汇编不接受STRUC、RECORD、WIDTH或者MASK。


      4.EVEN和ALIGN指示符


      尽管内联汇编不支持大多数MASM指示符,但它支持EVEN和ALIGN,当需要的时候,这些指示符在汇编代码里面加入NOP(空操作)指令使标号对齐到特定边界。这样可以使某些处理器取指令时具有更高的效率。


      5.MASM宏指示符


      内联汇编不是宏汇编,不能使用MASM宏指示符(MACRO、REPT、IRC、IRP和ENDM)和宏操作符(<>、!、&、%和.TYPE)。


      6.段说明


      必须使用寄存器来说明段,跨越段必须显式地说明,如ES:[BX]。


      7.类型和变量大小


      我们可以使用LENGTH来取得C/C++中的数组中的元素个数,如果不是一个数组,则结果为一。使用SIZE来取得C/C++中变量的大小,一个变量的大小是LENGTH和TYPE的乘积。TYPE用来取得一个变量的大小,如果是一个数组,它得到的一个数组中的单个元素的大小。


      8.注释


      可以使用C/C++的注释,但推荐用ASM的注释,即";"号。


      9._EMIT伪指令


      _EMIT伪指令相当于MASM中的DB,但一次只能定义一个字节,比如:


    __asm

    {

    JMP _CodeOfAsm


    _EMIT 0x00 ; 定义混合在代码段的数据

    _EMIT 0x01


    _CodeOfAsm:

    ; 这里是代码

    _EMIT 0x90 ; NOP指令

    }

     

      四、在__asm块中使用C/C++语言元素


      C/C++与汇编可以混合使用,在内联汇编可以使用C/C++的变量和很多其它C/C++的元素。在__asm块中可以使用以下C/C++元素:


      1.符号,包括标号、变量和函数名;


      2.常量,包括符号常量和枚举型(enum)成员;


      3.宏定义和预处理指示符;


      4.注释,包括"/**/"和"//";


      5.类型名,包括所有MASM中合法的类型


      6.typedef名称, 像PTR、TYPE、特定的结构成员或枚举成员这样的通用操作符。


      在__asm块中,可以使用C/C++或ASM的基数计数法(比如: 0x100和100H是相等的)。


      __asm块中不能使用像<<一类的C/C++操作符。C/C++和MASM通用的操作符,比如"*"和"[]"操作符,都被认为是汇编语言的操作符。举个例子:


    int array[10];


    __asm MOV array[6], BX ; Store BX at array+6 (not scaled)


    array[6] = 0; /* Store 0 at array+12 (scaled) */


      * 小技巧: 内联汇编中,你可以使用TYPE操作符使作其与C一致。比如,下面两条语句是一样的:


    __asm MOV array[6 * TYPE int], 0 ; Store 0 at array + 12


    array[6] = 0; /* Store 0 at array + 12 */


      内联汇编能通过变两名直接引用C/C++的变量。__asm块中可以引用任何符号,包括变量名。


      如果C/C++中的类、结构或者枚举成员具有唯一的名称,如果在"."操作符之前不指定变量或者typedef名称,则__asm块中只能引用成员名称。然而,如果成员不是唯一的,你必须在"."操作符之前加上变量名或typedef名称。例如,下面的两个结构都具有same_name这个成员变量:


    struct first_type

    {

    char *weasel;

    int same_name;

    };


    struct second_type

    {

    int wonton;

    long same_name;

    };


      如果按下面声明变量:


    struct first_type hal;

    struct second_type oat;


      那么,所有引用same_name成员的地方都必须使用变量名,因为same_name不是唯一的。另外,上面的weasel变量具有唯一的名称,你可以仅仅使用它的成员名称来引用它:


    __asm

    {

    MOV EBX, OFFSET hal

    MOV ECX, [EBX]hal.same_name ; 必须使用 'hal'

    MOV ESI, [EBX].weasel ; 可以省略 'hal'

    }


      注意,省略了变量名仅仅是为了写代码的方便,生成的汇编指令的还是一样的。


      可以不受限制地访问C++成员变量,但是不能调用C++的成员函数。


      五、寄存器使用


      一般来说,在__asm块开始的时候,寄存器是空的,不能在两个__asm之间保存寄存器的值。(这是MSDN上说的,我在实际使用时发现,好像并不是这样。不过它是说"一般",我是特殊:))


      如果一个函数被声明成了__fastcall,则其参数将放在寄存器中,这将给寄存器的管理带来问题。所以,如果要将一个函数声明成__fastcall,必须保存ECX寄存器。为了避免以上的冲突,在声明为__fastcall的函数中不要有__asm块。如果用了/Gr编译选项(它全局的变成__fastcall),将每个函数声明成__cdecl或者__stdcall,这个属性告诉编译器用传统的C方法。


      如果使用EAX、EBX、ECX、EDX、ESI和EDI寄存器,你不需要保存它;但如果你用到了DS、 SS、SP、BP和标志寄存器,那就应该PUSH保存这些寄存器。


      如果程序中改变了用于STD和CLD的方向标志,你必须将其恢复到原来的值。


      六、转跳


      可以在C里面使用goto调到__asm块中的标号处,也可以在__asm块中转跳到__asm块里面和外面的标号处。__asm块内的标号是不区分大小写的(指令、指示符等也是不区分大小写的)。例:


    void func()

    {

    goto C_Dest; /* 合法 */

    goto c_dest; /* 错误 */


    goto A_Dest; /* 合法 */

    goto a_dest; /* 合法 */


    __asm

    {

    JMP C_Dest ; 合法

    JMP c_dest ; MSDN上说合法,但是我在VS.NET中编译,认为这样不合法


    JMP A_Dest ; 合法

    JMP a_dest ; 合法


    a_dest: ; __asm 标号

    }


    C_Dest: /* C的标号 */

    return;

    }


      不要使用函数名称当作标号,否则将使其跳到函数执行而不是标号处。如下所示:


    ; 错误: 使用函数名作为标号

    JNE exit

    .

    .

    .

    exit:

    ; 下面是更多的ASM代码


      美元符号$用于指定当前位置,如下所用,常用于条件跳转:


    JNE $+5 ; 下面这条指令的长度是5个字节

    JMP farlabel

    ;$+5,跳到了这里

    .

    .

    .

    farlabel:

     

      七、调用函数


      内联汇编调用C/C++函数必须自己清除堆栈,下面是一个调用C/C++函数例子:


    #include


    char szformat[] = "%s %s\n";

    char szHello[] = "Hello";

    char szWorld[] = " world";

    void main()

    {

    __asm

    {

    MOV EAX, OFFSET szWorld

    PUSH EAX

    MOV EAX, OFFSET szHello

    PUSH EAX

    MOV EAX, OFFSET szformat

    PUSH EAX

    CALL printf


    //内联汇编调用C函数必须自己清除堆栈

    //用不使用的EBX寄存器清除堆栈,或ADD ESP, 12

    POP EBX

    POP EBX

    POP EBX

    }

    }


      注意:函数参数是从右向左压栈。


      不能够访问C++中的类成员函数,但是可以访问extern "C"函数。


      如果调用Windows API函数,则不需要自己清除堆栈,因为API的返回指令是RET n,会自动清除堆栈


      比如下面的例子:


    #include


    char szAppName[] = "API Test";


    void main()

    {

    char szHello[] = "Hello, world!";


    __asm

    {

    PUSH MB_OK OR MB_ICONINformATION

    PUSH OFFSET szAppName ; 全局变量用OFFSET

    LEA EAX, szHello ; 局部变量用LEA

    PUSH EAX

    PUSH 0

    CALL DWORD PTR [MessageBoxA] ; 注意这里,我费了好大周折才发现不是CALL MessageBoxA

    }

    }


      一般来说,在Visual C++中使用内联汇编是为了提高速度,因此这些函数调用尽可能用C/C++写。


      八、一个例子


      下面的例子是在VS.NET(即VC7)中C语言写的。先建一个工程,将下列代码放到工程中的.c文件中编译,无需作特别的设置,即可编译通过。


    //预处理

    #include

    ///


    ///

    //全局变量

    HWND g_hWnd;

    HINSTANCE g_hInst;


    TCHAR szTemp[1024];


    TCHAR szAppName[] = "CRC32 Sample";

    /


    /

    //函数声明

    DWORD GetCRC32(const BYTE *pbData, int nSize);

    int WINAPI WinMain(HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPrevInstance, LPSTR lpCmdLine, int iCmdShow);

    LRESULT CALLBACK WindowProc(HWND hWnd, UINT uMsg, WPARAM wParam, LPARAM lParam);

    /


    /

    //主函数

    int WINAPI WinMain(HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPrevInstance, LPSTR lpCmdLine, int iCmdShow)

    {

    MSG msg;

    WNDCLASSEX wndClassEx;


    g_hInst = hInstance;


    wndClassEx.cbSize = sizeof(WNDCLASSEX);

    wndClassEx.style = CS_VREDRAW | CS_HREDRAW;

    wndClassEx.lpfnWndProc = (WNDPROC) WindowProc;

    wndClassEx.cbClsExtra = 0;

    wndClassEx.cbWndExtra = 0;

    wndClassEx.hInstance = g_hInst;

    wndClassEx.hIcon = LoadIcon(NULL, IDI_APPLICATION);

    wndClassEx.hCursor = LoadCursor(NULL, IDC_ARROW);

    wndClassEx.hbrBackground = (HBRUSH) (COLOR_WINDOW);

    wndClassEx.lpszMenuName = NULL;

    wndClassEx.lpszClassName = szAppName;

    wndClassEx.hIconSm = NULL;


    RegisterClassEx(&wndClassEx);


    g_hWnd = CreateWindowEx(0, szAppName, szAppName, WS_OVERLAPPED | WS_CAPTION | WS_SYSMENU | WS_THICKFRAME | WS_MINIMIZEBOX,

    CW_USEDEFAULT, CW_USEDEFAULT, 300, 70,

    NULL, NULL, g_hInst, NULL);


    ShowWindow(g_hWnd, iCmdShow);

    UpdateWindow(g_hWnd);


    while (GetMessage(&msg, NULL, 0, 0))

    {

    TranslateMessage(&msg);

    DispatchMessage(&msg);

    }

    return ((int) msg.wParam);

    }

    ///


    //

    //主窗口回调函数

    LRESULT CALLBACK WindowProc(HWND hWnd, UINT uMsg, WPARAM wParam, LPARAM lParam)

    {

    switch (uMsg)

    {

    case WM_CREATE:

    CreateWindowEx(WS_EX_CLIENTEDGE, "EDIT", NULL, WS_CHILD | WS_VISIBLE | WS_BORDER | ES_AUTOHSCROLL | ES_AUTOVSCROLL | ES_NOHIDESEL | WS_OVERLAPPED,

    7, 12, 220, 22,

    hWnd, (HMENU)1000, g_hInst, NULL);

    CreateWindowEx(0, "BUTTON", "&OK", WS_CHILD | WS_VISIBLE | BS_PUSHBUTTON | WS_OVERLAPPED | BS_FLAT,

    244, 12, 40, 20,

    hWnd, (HMENU)IDOK, g_hInst, NULL);


    break;


    case WM_COMMAND:

    switch (LOWORD(wParam))

    {

    case IDOK:

    GetDlgItemText(g_hWnd, 1000, szTemp + 100, 800);

    wsprintf(szTemp, "当前文本框内的字符串的CRC32校验码是: 0x%lX", GetCRC32(szTemp + 100, (int)strlen(szTemp + 100)));

    MessageBox(g_hWnd, szTemp, szAppName, MB_OK|MB_ICONINformATION);

    }

    break;


    case WM_DESTROY:

    PostQuitMessage(0);

    break;


    default:

    return (DefWindowProc(hWnd, uMsg, wParam, lParam));

    }

    return (0);

    }

    /


    /

    //GetCRC32: 求字节流的CRC32校验码

    //参数:

    // pbData: 指向字节流缓冲区首地址

    // nSize: 字节流长度

    //

    //返回值:

    // 字节流的CRC32校验码

    //

    //这里使用查表法求CRC32校验码,这部分是参考老罗的文章《 矛与盾的较量(2)——CRC原理篇》该写的。

    //原文的具体内容请参看: http://asp.7i24.com/netcool/laoluo/articles/show_article.asp ?Article_ID=15

    //

    //下面使用内联汇编求CRC32校验码,充分使用了CPU中的寄存器,速度和方便性都是使用C/C++所不能比拟的

    //

    DWORD GetCRC32(const BYTE *pbData, int nSize)

    {

    DWORD dwCRC32Table[256];


    __asm //这片内联汇编是初始化CRC32表

    {

    MOV ECX, 256


    _NextTable:

    LEA EAX, [ECX-1]

    PUSH ECX

    MOV ECX, 8


    _NextBit:

    SHR EAX, 1

    JNC _NotCarry

    XOR EAX, 0xEDB88320

    _NotCarry:

    DEC ECX

    JNZ _NextBit


    POP ECX

    MOV [dwCRC32Table + ECX*4 - 4], EAX

    DEC ECX

    JNZ _NextTable

    }


    __asm //下面是求CRC32校验码

    {

    MOV EAX, -1

    MOV EBX, pbData

    OR EBX, EBX

    JZ _Done

    MOV ECX, nSize

    OR ECX, ECX

    JZ _Done


    _NextByte:

    MOV DL, [EBX]


    XOR DL, AL

    MOVZX EDX, DL

    SHR EAX, 8

    XOR EAX, [dwCRC32Table + EDX*4]


    INC EBX

    LOOP _NextByte

    _Done:

    NOT EAX

    }

    }

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    第十章C语言版LED灯实验

    第八章我们讲解了如何用汇编语言编写LED灯实验,但是实际开发过程中汇编用的很少,大部分都是C语言开发,汇编只是用来完成C语言环境的初始化。本章我们就来学习如何用汇编来完成C语言环境的初始化工作,然后从汇编跳转到C语言代码里面去。

    10.1 C语言版LED灯简介

    第八章的汇编LED灯实验中,我们讲解了如何使用汇编来编写LED灯驱动,实际工作中是很少用到汇编去写嵌入式驱动的,毕竟汇编太难,而且写出来也不好理解,大部分情况下都是使用C语言去编写的。只是在开始部分用汇编来初始化一下C语言环境,比如初始化DDR、设置堆栈指针SP等等,当这些工作都做完以后就可以进入C语言环境,也就是运行C语言代码,一般都是进入main函数。所以我们有两部分文件要做:

    ①、汇编文件

    汇编文件只是用来完成C语言环境搭建。

    ②、C语言文件

    C语言文件就是完成我们的业务层代码的,其实就是我们实际例程要完成的功能。

    其实STM32也是这样的,只是我们在开发STM32的时候没有想到这一点,以STM32F103为例,其启动文件startup_stm32f10x_hd.s这个汇编文件就是完成C语言环境搭建的,当然还有一些其他的处理,比如中断向量表等等。当startup_stm32f10x_hd.s把C语言环境初始化完成以后就会进入C语言环境。

    10.2硬件原理分析

    本章使用到的硬件资源和第八章一样,就是一个LED0。

    10.3实验程序编写

    本实验对应的例程路径为:开发板光盘-> 1、裸机例程->2_ledc。

    新建VScode工程,工程名字为“ledc”,新建三个文件:start.S、main.c和mian.h。其中start.S是汇编文件,main.c和main.h是C语言相关文件。

    10.3.1汇编部分实验程序编写

    在STM32中,启动文件 startup_stm32f10x_hd.s就是完成C语言环境搭建的,当然还有一些其他的处理,比如中断向量表等等。startup_stm32f10x_hd.s中堆栈初始化代码如下所示:

    示例代码10.3.1.1 STM32启动文件堆栈初始化代码

    1 Stack_Size EQU 0x00000400

    2

    3 AREA STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3

    4 Stack_Mem SPACE Stack_Size

    5 __initial_sp

    6

    7;<h> Heap Configuration

    8;<o> Heap Size (in Bytes)<0x0-0xFFFFFFFF:8>

    9;</h>

    10

    11 Heap_Size EQU 0x00000200

    12

    13 AREA HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3

    14 __heap_base

    15 Heap_Mem SPACE Heap_Size

    16 __heap_limit

    17*******************省略掉部分代码***********************

    18 Reset_Handler PROC

    19 EXPORT Reset_Handler [WEAK]

    20 IMPORT __main

    21 IMPORT SystemInit

    22 LDR R0,=SystemInit

    23 BLX R0

    24 LDR R0,=__main

    25 BX R0

    26 ENDP

    第1行代码就是设置栈大小,这里是设置为0X400=1024字节。

    第5行的__initial_sp就是初始化SP指针。

    第11行是设置堆大小。

    第18行是复位中断服务函数,STM32复位完成以后会执行此中断服务函数。

    第22行调用SystemInit()函数来完成其他初始化工作。

    第24行调用__main,__main是库函数,其会调用main()函数。

    I.MX6U的汇编部分代码和STM32的启动文件startup_stm32f10x_hd.s基本类似的,只是本实验我们不考虑中断向量表,只考虑初始化C环境即可。在前面创建的start.s中输入如下代码:

    示例代码10.3.1.2 start.s文件代码

    /***************************************************************

    Copyright © zuozhongkai Co., Ltd. 1998-2019. All rights reserved.

    文件名 : start.s

    作者 : 左忠凯

    版本 : V1.0

    描述 : I.MX6U-ALPHA/I.MX6ULL开发板启动文件,完成C环境初始化,

    C环境初始化完成以后跳转到C代码。

    其他 : 无

    日志 : 初版 2019/1/3 左忠凯修改

    **************************************************************/

    1.global _start /* 全局标号 */

    2

    3/*

    4 * 描述: _start函数,程序从此函数开始执行,此函数主要功能是设置C

    5 * 运行环境。

    6 */

    7 _start:

    8

    9 /* 进入SVC模式 */

    10 mrs r0, cpsr

    11 bic r0, r0, #0x1f/* 将r0的低5位清零,也就是cpsr的M0~M4 */

    12 orr r0, r0, #0x13 /* r0或上0x13,表示使用SVC模式 */

    13 msr cpsr, r0 /* 将r0 的数据写入到cpsr_c中 */

    14

    15 ldr sp,=0X80200000 /* 设置栈指针 */

    16 b main /* 跳转到main函数 */

    第1行定义了一个全局标号_start。

    第7行就是标号_start开始的地方,相当于是一个_start函数,这个_start就是第一行代码。

    第10~13行就是设置处理器进入SVC模式,在6.2小节的“Cortex-A处理器运行模型”中我们说过Cortex-A有九个运行模型,这里我们设置处理器运行在SVC模式下。处理器模式的设置是通过修改CPSR(程序状态)寄存器来完成的,在6.3.2小节中我们详细的讲解了CPSR寄存器,其中M[4:0](CPSR的bit[4:0])就是设置处理器运行模式的,参考表6.3.2.2,如果要将处理器设置为SVC模式,那么M[4:0]就要等于0X13。11~13行代码就是先使用指令MRS将CPSR寄存器的值读取到R0中,然后修改R0中的值,设置R0的bit[4:0]为0X13,然后再使用指令MSR将修改后的R0重新写入到CPSR中。

    第15行通过ldr指令设置SVC模式下的SP指针=0X80200000,因为I.MX6U-ALPHA开发板上的DDR3地址范围是0X80000000~0XA0000000(512MB)或者0X80000000~0X90000000(256MB),不管是512MB版本还是256MB版本的,其DDR3起始地址都是0X80000000。由于Cortex-A7的堆栈是向下增长的,所以将SP指针设置为0X80200000,因此SVC模式的栈大小0X80200000-0X80000000=0X200000=2MB,2MB的栈空间已经很大了,如果做裸机开发的话绰绰有余。

    第16行就是跳转到main函数,main函数就是C语言代码了。

    至此汇编部分程序执行完成,就几行代码,用来设置处理器运行到SVC模式下、然后初始化SP指针、最终跳转到C文件的mian函数中。如果有玩过三星的S3C2440或者S5PV210的话会知道我们在使用SDRAM或者DDR之前必须先初始化SDRAM或者DDR。所以S3C2440或者S5PV210的汇编文件里面是一定会有SDRAM或者DDR初始化代码的。我们上面编写的start.s文件中却没有初始化DDR3的代码,但是却将SVC模式下的SP指针设置到了DDR3的地址范围中,这不会出问题吗?肯定不会的,DDR3肯定是要初始化的,但是不需要在start.s文件中完成。在9.4.2小节里面分析DCD数据的时候就已经讲过了,DCD数据包含了DDR配置参数,I.MX6U内部的Boot ROM会读取DCD数据中的DDR配置参数然后完成DDR初始化的。

    10.3.2 C语言部分实验程序编写

    C语言部分有两个文件main.c和main.h,main.h里面主要是定义的寄存器地址,在mian.h里面输入代码:

    示例代码10.3.2.1 main.h文件代码

    #ifndef __MAIN_H

    #define __MAIN_H

    /******************************************************************

    Copyright © zuozhongkai Co., Ltd. 1998-2019. All rights reserved.

    文件名 : main.h

    作者 : 左忠凯

    版本 : V1.0

    描述 : 时钟GPIO1_IO03相关寄存器地址定义。

    其他 : 无

    日志 : 初版V1.0 2019/1/3 左忠凯创建

    *****************************************************************/

    1 /*

    2 * CCM相关寄存器地址

    3 */

    4 #define CCM_CCGR0 *((volatileunsignedint*)0X020C4068)

    5 #define CCM_CCGR1 *((volatileunsignedint*)0X020C406C)

    6 #define CCM_CCGR2 *((volatileunsignedint*)0X020C4070)

    7 #define CCM_CCGR3 *((volatileunsignedint*)0X020C4074)

    8 #define CCM_CCGR4 *((volatileunsignedint*)0X020C4078)

    9 #define CCM_CCGR5 *((volatileunsignedint*)0X020C407C)

    10#define CCM_CCGR6 *((volatileunsignedint*)0X020C4080)

    11

    12/*

    13 * IOMUX相关寄存器地址

    14 */

    15 #define SW_MUX_GPIO1_IO03 *((volatileunsignedint*)0X020E0068)

    16 #define SW_PAD_GPIO1_IO03 *((volatileunsignedint*)0X020E02F4)

    17

    18/*

    19 * GPIO1相关寄存器地址

    20 */

    21 #define GPIO1_DR *((volatileunsignedint*)0X0209C000)

    22 #define GPIO1_GDIR *((volatileunsignedint*)0X0209C004)

    23 #define GPIO1_PSR *((volatileunsignedint*)0X0209C008)

    24 #define GPIO1_ICR1 *((volatileunsignedint*)0X0209C00C)

    25 #define GPIO1_ICR2 *((volatileunsignedint*)0X0209C010)

    26 #define GPIO1_IMR *((volatileunsignedint*)0X0209C014)

    27 #define GPIO1_ISR *((volatileunsignedint*)0X0209C018)

    28 #define GPIO1_EDGE_SEL *((volatileunsignedint*)0X0209C01C)

    29

    30 #endif

    在mian.h中我们以宏定义的形式定义了要使用到的所有寄存器,后面的数字就是其地址,比如CCM_CCGR0寄存器的地址就是0X020C4068,这个很简单,很好理解。

    接下看一下main.c文件,在mian.c里面输入如下所示代码:

    示例代码10.3.2.2 main.c文件代码

    /**************************************************************

    Copyright © zuozhongkai Co., Ltd. 1998-2019. All rights reserved.

    文件名 : mian.c

    作者 : 左忠凯

    版本 : V1.0

    描述 : I.MX6U开发板裸机实验2 C语言点灯

    使用C语言来点亮开发板上的LED灯,学习和掌握如何用C语言来

    完成对I.MX6U处理器的GPIO初始化和控制。

    其他 : 无

    日志 : 初版V1.0 2019/1/3 左忠凯创建

    **************************************************************/

    1#include "main.h"

    2

    3 /*

    4 * @description : 使能I.MX6U所有外设时钟

    5* @param : 无

    6 * @return : 无

    7 */

    8void clk_enable(void)

    9{

    10 CCM_CCGR0 =0xffffffff;

    11 CCM_CCGR1 =0xffffffff;

    12 CCM_CCGR2 =0xffffffff;

    13 CCM_CCGR3 =0xffffffff;

    14 CCM_CCGR4 =0xffffffff;

    15 CCM_CCGR5 =0xffffffff;

    16 CCM_CCGR6 =0xffffffff;

    17}

    18

    19/*

    20 * @description : 初始化LED对应的GPIO

    21 * @param : 无

    22 * @return : 无

    23 */

    24void led_init(void)

    25{

    26/* 1、初始化IO复用,复用为GPIO1_IO03 */

    27 SW_MUX_GPIO1_IO03 =0x5;

    28

    29/* 2、配置GPIO1_IO03的IO属性

    30 *bit 16:0 HYS关闭

    31 *bit [15:14]: 00 默认下拉

    32 *bit [13]: 0 kepper功能

    33 *bit [12]: 1 pull/keeper使能

    34 *bit [11]: 0 关闭开路输出

    35 *bit [7:6]: 10 速度100Mhz

    36 *bit [5:3]: 110 R0/6驱动能力

    37 *bit [0]: 0 低转换率

    38 */

    39 SW_PAD_GPIO1_IO03 =0X10B0;

    40

    41/* 3、初始化GPIO, GPIO1_IO03设置为输出 */

    42 GPIO1_GDIR =0X0000008;

    43

    44/* 4、设置GPIO1_IO03输出低电平,打开LED0 */

    45 GPIO1_DR =0X0;

    46}

    47

    48/*

    49 * @description : 打开LED灯

    50 * @param : 无

    51 * @return : 无

    52 */

    53void led_on(void)

    54{

    55/*

    56 * 将GPIO1_DR的bit3清零

    57 */

    58 GPIO1_DR &=~(1<<3);

    59}

    60

    61/*

    62 * @description : 关闭LED灯

    63 * @param : 无

    64 * @return : 无

    65 */

    66void led_off(void)

    67{

    68/*

    69 * 将GPIO1_DR的bit3置1

    70 */

    71 GPIO1_DR |=(1<<3);

    72}

    73

    74/*

    75 * @description : 短时间延时函数

    76 * @param - n : 要延时循环次数(空操作循环次数,模式延时)

    77 * @return : 无

    78 */

    79void delay_short(volatileunsignedint n)

    80{

    81while(n--){}

    82}

    83

    84/*

    85 * @description : 延时函数,在396Mhz的主频下延时时间大约为1ms

    86 * @param - n : 要延时的ms数

    87 * @return : 无

    88 */

    89void delay(volatileunsignedint n)

    90{

    91while(n--)

    92{

    93 delay_short(0x7ff);

    94}

    95}

    96

    97/*

    98 * @description : mian函数

    99 * @param : 无

    100 * @return : 无

    101 */

    102int main(void)

    103{

    104 clk_enable(); /* 使能所有的时钟 */

    105 led_init(); /* 初始化led */

    106

    107while(1) /* 死循环 */

    108{

    109 led_off(); /* 关闭LED */

    110 delay(500); /* 延时大约500ms */

    111

    112 led_on(); /* 打开LED */

    113 delay(500); /* 延时大约500ms */

    114}

    115

    116return0;

    117}

    main.c文件里面一共有7个函数,这7个函数都很简单。clk_enable函数是使能CCGR0~CCGR6所控制的所有外设时钟。led_init函数是初始化LED灯所使用的IO,包括设置IO的复用功能、IO的属性配置和GPIO功能,最终控制GPIO输出低电平来打开LED灯。led_on和led_off这两个函数看名字就知道,用来控制LED灯的亮灭的。delay_short()和delay()这两个函数是延时函数,delay_short()函数是靠空循环来实现延时的,delay()是对delay_short()的简单封装,在I.MX6U工作在396MHz(Boot ROM设置的396MHz)的主频的时候delay_short(0x7ff)基本能够实现大约1ms的延时,所以delay()函数我们可以用来完成ms延时。main函数就是我们的主函数了,在main函数中先调用函数clk_enable()和led_init()来完成时钟使能和LED初始化,最终在while(1)循环中实现LED循环亮灭,亮灭时间大约是500ms。

    本实验的程序部分就是这些了,接下来即使编译和测试了。

    10.4编译下载验证

    10.4.1编写Makefile

    新建Makefile文件,在Makefile文件里面输入如下内容:

    示例代码10.3.2.2 main.c文件代码

    1 objs:= start.o main.o

    2

    3 ledc.bin:$(objs)

    4 arm-linux-gnueabihf-ld -Ttext 0X87800000 -o ledc.elf $^

    5 arm-linux-gnueabihf-objcopy -O binary -S ledc.elf $@

    6 arm-linux-gnueabihf-objdump -D -m arm ledc.elf > ledc.dis

    7

    8 %.o:%.s

    9 arm-linux-gnueabihf-gcc -Wall -nostdlib -c -o $@ $<

    10

    11 %.o:%.S

    12 arm-linux-gnueabihf-gcc -Wall -nostdlib -c -o $@ $<

    13

    14 %.o:%.c

    15 arm-linux-gnueabihf-gcc -Wall -nostdlib -c -o $@ $<

    16

    17 clean:

    18 rm -rf *.o ledc.bin ledc.elf ledc.dis

    上述的Makefile就比第八章的Makefile要复杂一点了,里面用到了Makefile变量和自动变量,关于Makefile的变量和自动变量的请参考“3.4 Makefile语法”。

    第1行定义了一个变量objs,objs包含着要生成ledc.bin所需的材料:start.o和main.o,也就是当前工程下的start.s和main.c这两个文件编译后的.o文件。这里要注意start.o一定要放到最前面!因为在后面链接的时候start.o要在最前面,因为start.o是最先要执行的文件!

    第3行就是默认目标,目的是生成最终的可执行文件ledc.bin,ledc.bin依赖start.o和main.o如果当前工程没有start.o和main.o的时候就会找到相应的规则去生成start.o和main.o。比如start.o是start.s文件编译生成的,因此会执行第8行的规则。

    第4行是使用arm-linux-gnueabihf-ld进行链接,链接起始地址是0X87800000,但是这一行用到了自动变量“$^”,“$^”的意思是所有依赖文件的集合,在这里就是objs这个变量的值:start.o和main.o。链接的时候start.o要链接到最前面,因为第一行代码就是start.o里面的,因此这一行就相当于:

    arm-linux-gnueabihf-ld -Ttext 0X87800000 -o ledc.elf start.o main.o

    第5行使用arm-linux-gnueabihf-objcopy来将ledc.elf文件转为ledc.bin,本行也用到了自动变量“$@”,“$@”的意思是目标集合,在这里就是“ledc.bin”,那么本行就相当于:

    arm-linux-gnueabihf-objcopy -O binary -S ledc.elf ledc.bin

    第6行使用arm-linux-gnueabihf-objdump来反汇编,生成ledc.dis文件。

    第8~15行就是针对不同的文件类型将其编译成对应的.o文件,其实就是汇编.s(.S)和.c文件,比如start.s就会使用第8行的规则来生成对应的start.o文件。第9行就是具体的命令,这行也用到了自动变量“$@”和“$<”,其中“$<”的意思是依赖目标集合的第一个文件。比如start.s要编译成start.o的话第8行和第9行就相当于:

    start.o:start.s

    arm-linux-gnueabihf-gcc -Wall -nostdlib -c -O2 -o start.o start.s

    第17行就是工程清理规则,通过命令“makeclean”就可以清理工程。

    Makefile文件就讲到这里,我们可以将整个工程拿到Ubuntu下去编译,编译完成以后可以使用软件imxdownload将其下载到SD卡中,命令如下:

    chmod 777 imxdownload //给予imxdownoad可执行权限,一次即可

    ./imxdownload ledc.bin /dev/sdd //下载到SD卡中

    10.4.2链接脚本

    在上面的Makefile中我们链接代码的时候使用如下语句:

    arm-linux-gnueabihf-ld -Ttext 0X87800000 -o ledc.elf $^

    上面语句中我们是通过“-Ttext”来指定链接地址是0X87800000的,这样的话所有的文件都会链接到以0X87800000为起始地址的区域。但是有时候我们很多文件需要链接到指定的区域,或者叫做段里面,比如在Linux里面初始化函数就会放到init段里面。因此我们需要能够自定义一些段,这些段的起始地址我们可以自由指定,同样的我们也可以指定一个文件或者函数应该存放到哪个段里面去。要完成这个功能我们就需要使用到链接脚本,看名字就知道链接脚本主要用于链接的,用于描述文件应该如何被链接在一起形成最终的可执行文件。其主要目的是描述输入文件中的段如何被映射到输出文件中,并且控制输出文件中的内存排布。比如我们编译生成的文件一般都包含text段、data段等等。

    链接脚本的语法很简单,就是编写一系列的命令,这些命令组成了链接脚本,每个命令是一个带有参数的关键字或者一个对符号的赋值,可以使用分号分隔命令。像文件名之类的字符串可以直接键入,也可以使用通配符“*”。最简单的链接脚本可以只包含一个命令“SECTIONS”,我们可以在这一个“SECTIONS”里面来描述输出文件的内存布局。我们一般编译出来的代码都包含在text、data、bss和rodata这四个段内,假设现在的代码要被链接到0X10000000这个地址,数据要被链接到0X30000000这个地方,下面就是完成此功能的最简单的链接脚本:

    示例代码10.4.2.1 链接脚本演示代码

    1 SECTIONS{

    2.=0X10000000;

    3.text :{*(.text)}

    4.=0X30000000;

    5.data ALIGN(4):{*(.data)}

    6.bss ALIGN(4):{*(.bss)}

    7}

    第1行我们先写了一个关键字“SECTIONS”,后面跟了一个大括号,这个大括号和第7行的大括号是一对,这是必须的。看起来就跟C语言里面的函数一样。

    第2行对一个特殊符号“.”进行赋值,“.”在链接脚本里面叫做定位计数器,默认的定位计数器为0。我们要求代码链接到以0X10000000为起始地址的地方,因此这一行给“.”赋值0X10000000,表示以0X10000000开始,后面的文件或者段都会以0X10000000为起始地址开始链接。

    第3行的“.text”是段名,后面的冒号是语法要求,冒号后面的大括号里面可以填上要链接到“.text”这个段里面的所有文件,“*(.text)”中的“*”是通配符,表示所有输入文件的.text段都放到“.text”中。

    第4行,我们的要求是数据放到0X30000000开始的地方,所以我们需要重新设置定位计数器“.”,将其改为0X30000000。如果不重新设置的话会怎么样?假设“.text”段大小为0X10000,那么接下来的.data段开始地址就是0X10000000+0X10000=0X10010000,这明显不符合我们的要求。所以我们必须调整定位计数器为0X30000000。

    第5行跟第3行一样,定义了一个名为“.data”的段,然后所有文件的“.data”段都放到这里面。但是这一行多了一个“ALIGN(4)”,这是什么意思呢?这是用来对“.data”这个段的起始地址做字节对齐的,ALIGN(4)表示4字节对齐。也就是说段“.data”的起始地址要能被4整除,一般常见的都是ALIGN(4)或者ALIGN(8),也就是4字节或者8字节对齐。

    第6行定义了一个“.bss”段,所有文件中的“.bss”数据都会被放到这个里面,“.bss”数据就是那些定义了但是没有被初始化的变量。

    上面就是链接脚本最基本的语法格式,我们接下来就按照这个基本的语法格式来编写我们本试验的链接脚本,我们本试验的链接脚本要求如下:

    、链接起始地址为0X87800000。

    、start.o要被链接到最开始的地方,因为start.o里面包含这第一个要执行的命令。

    根据要求,在Makefile同目录下新建一个名为“imx6ul.lds”的文件,然后在此文件里面输入如下所示代码:

    示例代码10.4.2.2 imx6ul.lds链接脚本代码

    1 SECTIONS{

    2 .=0X87800000;

    3 .text :

    4 {

    5 start.o

    6 main.o

    7 *(.text)

    8 }

    9 .rodata ALIGN(4):{*(.rodata*)}

    10 .data ALIGN(4):{*(.data)}

    11 __bss_start =.;

    12 .bss ALIGN(4):{*(.bss)*(COMMON)}

    13 __bss_end =.;

    14}

    上面的链接脚本文件和示例代码10.4.2.1基本一致的,第2行设置定位计数器为0X87800000,因为我们的链接地址就是0X87800000。第5行设置链接到开始位置的文件为start.o,因为start.o里面包含着第一个要执行的指令,所以一定要链接到最开始的地方。第6行是main.o这个文件,其实可以不用写出来,因为main.o的位置就无所谓了,可以由编译器自行决定链接位置。在第11、13行有“__bss_start”和“__bss_end”这两个东西?这个是什么呢?“__bss_start”和“__bss_end”是符号,第11、13这两行其实就是对这两个符号进行赋值,其值为定位符“.”,这两个符号用来保存.bss段的起始地址和结束地址。前面说了.bss段是定义了但是没有被初始化的变量,我们需要手动对.bss段的变量清零的,因此我们需要知道.bss段的起始和结束地址,这样我们直接对这段内存赋0即可完成清零。通过第11、13行代码,.bss段的起始地址和结束地址就保存在了“__bss_start”和“__bss_end”中,我们就可以直接在汇编或者C文件里面使用这两个符号。

    10.4.3修改Makefile

    在上一小节中我们已经编写好了链接脚本文件:imx6ul.lds,我们肯定是要使用这个链接脚本文件的,将Makefile中的如下一行代码:

    arm-linux-gnueabihf-ld -Ttext0X87800000 -o ledc.elf $^

    改为:

    arm-linux-gnueabihf-ld -Timx6ul.lds -o ledc.elf $^

    起始就是将-T后面的0X87800000改为imx6ul.lds,表示使用imx6ul.lds这个链接脚本文件。修改完成以后使用新的Makefile和链接脚本文件重新编译工程,编译成功以后就可以烧写到SD卡中验证了。

    10.4.4下载验证

    使用软件imxdownload将编译出来的ledc.bin烧写到SD卡中,命令如下:

    chmod 777 imxdownload //给予imxdownload可执行权限,一次即可

    ./imxdownload ledc.bin /dev/sdd //烧写到SD卡中

    烧写成功以后将SD卡插到开发板的SD卡槽中,然后复位开发板,如果代码运行正常的话LED0就会以500ms的时间间隔亮灭。

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