第6章 C语言程序设计与混合编程

C语言程序设计与混合编程

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第6章 C语言程序设计与混合编程6.1 C语言程序设计6.2 用C语言和汇编语言混合编程 本章小结 习 题

2013年8月6日3时59分

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第6章 C语言程序设计与混合编程 C54x DSP软件设计的方法通常有三种： (1) 用汇编语言开发。此方式代码效率高，程序执行速度快， 可读性较差，可移植性较差，软件的修改和升级困难。 (2) 用C语言开发。CCS平台包括优化ANSI C编译器，从而可

可以充分合理地利用芯片提供的硬件资源。但程序编写比较烦琐，

以在C源程序级进行开发调试，增强软件的可读性，提高了软件的开发速度，方便软件的修改和移植。然而，C编译器无法实现 在任何情况下都能够合理地利用DSP芯片的各种资源。 (3) C语言和汇编语言混合编程开发。采用混合编程的方法 能更好地达到设计要求，完成设计任务。2013年8月6日3时59分 2

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6.1 C语言程序设计 6.1.1 C语言特点及语法1. C语言特点 C语言是国际上广泛流行的、很有发展前途的计算机高级语 言。它适合于作为系统描述语言，既可以用来编写系统软件， 也可以用来编写应用软件。 汇编语言依赖于计算机硬件，程序的可读性和可移植性比 较差。而高级语言具有很好的可移植性，但是难以实现汇编语 言的某些功能。因为C语言仍然需要通过编译、连接才能得到可 执行目标程序，所以是一种高级语言。但C语言允许访问物理地 址，能进行位操作，能实现汇编语言的大部分功能，能直接对 硬件进行操作。C语言正是一种既可以访问物理地址又可以进行 位操作的高级语言，这也是其与别的高级语言不同的地方。2013年8月6日3时59分 3

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第6章 C语言程序设计与混合编程 C语言具有如下基本特点： (1) 语言简洁、紧凑，使用方便、灵活。 (2) 运算符丰富，表达式类型多样化。 (3) 数据结构类型丰富，具有现代化语言的各种数据结构。

(4) 具有结构化的控制语句。(5) 语法限制不太严格，程序设计自由度大。 (6) C语言允许访问物理地址，能进行位操作，能实现汇编 语言的大部分功能，能直接对硬件进行操作。

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第6章 C语言程序设计与混合编程 2. C语言基本语法概述(1) 限定词 可由字母、数字和下划线组成。限定词必须以字母或下划线开头。区分 大小写。 (2) 常量 常量包括整型常量(八进制、十进制、十六进制、长整型),字符常量， 实型常量(小数形式、指数形式),字符串常量，表达式，算术表达式(整型表 达式、实型表达式),逻辑表达式，字位表达式，强制类型转换表达式，逗号 表达式(顺序表达式),赋值表达式，条件表达式，

指针表达式。 (3) 数据定义 数据类型(int、short、long、unsigned、char、float、double、struct、 union、enum)用ty-pedef定义的类型名，存储类型(auto、static、register、 extem)变量的定义形式为： 存储类别 数据类型 变量列表； 例如：static float a,b,c;2013年8月6日3时59分 5

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(4) 函数定义函数的定义形式为： 存储类别 函数体 (5) 语句 数据类型 函数名(形参表别)

语句包括表达式语句、函数调用语句、控制语句、复合语 句、空语句。其中控制语句包括if语句、while语句、for语句 和switch语句以及break语句、continue语句、return语句、 goto语句。(6) 预处理命令 预处理命令主要是指define和include语句。2013年8月6日3时59分 6

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第6章 C语言程序设计与混合编程 6.1.2 系统堆栈的使用 C系统的堆栈可以完成的主要功能如下： * 分配局部变量； * 传递函数参数； * 保存所调用函数的返回地址； * 保存临时结果。 运行堆栈的增长方向是从高地址到低地址, 即入栈则地址 减少，出栈则地址增加。堆栈的管理者是堆栈指针SP。堆栈的 容量由链接器(Linker)设定。 如：在链接命令文件(.cmd文件)中加入选项

-stack 0x1000则堆栈的容量被设为1000H个字。2013年8月6日3时59分 7

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第6章 C语言程序设计与混合编程 6.1.3 存储器模式及分配 1. 存储器模式 C54x DSP定点处理器有两种类型的存储器模式：程序存储器 和数据存储器。前者主要用于装载可执行代码，后者主要用于装 载外部变量、静态变量、系统堆栈以及一些中间运算结果。 C54x DSP的程序代码或数据以段的形式装载于存储器中。C 语言程序经C编译器编译后，生成七个可重定位的段，其中四个被 称为已初始化段，三个被称为未初始化段。 四个已初始化段分别是： * .text段 包括可执行代码、字符串和编译器产生的常量。 * .cinit段 包括初始化变量和常量表。 * .const段 包括字符串常量和以const关键字定义的常量。 * .switch段 为.const语句建立的表格。2013年8月6日3时59分 8

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第6章 C语言程序设计与混合编程 三个未初始化段分别是： * .bss段 保留全局和静态变量空间。在程序开始运行时，C的 引导(boot)程序将数据从.cinit段拷贝到.bss段。 * .stack段 为C的系统堆栈分配存储空间，用于变量的传递。 * .sysmem段 为动态存储器函数malloc、calloc、realloc分配存 储器空间。若C程序未用到此类函数，则C编译器不产生该段。

在编写链接命令文件(.cmd文件)时, .text、.cinit、.switch段通 常可以链接到系统的ROM或者RAM中去，但是必须放在程序段 (page0);.const段通常可以链接到系统的ROM或者RAM中去， 但是必须放在数据段(pagel);而.bss、.stack和.sysmem段必

须链 接到系统的RAM中去，并且必须放在数据段(pagel)。由实验程 序所建的某工程的链接命令文件(.cmd文件),如例6.1所示。2013年8月6日3时59分 9

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【例6.1】某工程的链接命令文件(.cmd文件)MEMORY { PAGE 0 : HPIRAM: origin = 0x100, length = 0x200 /* TMS320C54x DSP存储器分配 */

PROG:PAGE 1 : DARAM1:

origin = 0x2000,

length = 0x1000

origin = 0x03000, length = 0x1000

PAGE 2 :FLASHRAM: origin = 0x8000, length = 0x7fff }2013年8月6日3时59分 10

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第6章 C语言程序设计与混合编程SECTIONS { /* 由C 定义 */ .vectors : load = PROG page 0 /*中断向量表*/ .text : load = PROG page 0 /*可执行代码*/ .cinit : load = PROG page 0 /*初始化变量和常数表*/ .switch : load = PROG page 0 /*为.constant语句建立的表格*/ .stack : load = DARAM1 page 1 /*C 系统堆栈*/ .const : load = DARAM1 page 1 /*字符串常量和以const关键字定义的常量*/ .bss : load = DARAM1 page 1 /*全局和静态变量空间*/ .dbuffer1024 : {} > DARAM1 page 1, align (1024) .coeffs1024 : {} > DARAM1 page 1, align (1024) .hpibuffer : load = HPIRAM page 0 /*由汇编定义*/ .data : >DARAM1 page 1 /*汇编定义的数据段*/ }2013年8月6日3时59分 11

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第6章 C语言程序设计与混合编程 2.存储器分配 C编译器提供的运行支持函数中包含有几个允许在运行时为变 量分配存储器的函数，如malloc、calloc和recalloc。动态分配不是C 语言本身的标准，而是由运行支持函数所提供的。 为全局pool和heap分配的存储器空间定义在.sysmem块 中。.sysmem段的大小可由链接器选项中的-heap项来设定，其方法 是在-heap项后加一个常数。与堆栈类似，连接器也创建一个全局符 号_SYSMEM_SIZE。.sysmem段的大小由_SYSMEM_SIZE的数值来 确定，默认值为l K字。为了在.bss段中保留空间，对于大的数据， 可以用heap为其分配空间，而不将它们说明为全局或静态的。例如，对于原定义的： struct big table[1000] 可以改用指针并调用malloc函数来定义： struct big *table table=(struct big*)malloc(1000*sizeof(struct big));2013年8月6日3时59分 12

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第6章 C语言程序设计与混合编程 (1) 静态和全局变量的存储器分配 在C程序中，静态变量被分配一个惟一的连续空间，该空间的 地址由链接器决定。编译器安排这些变量的空间被分配在若干个字 的长度中，以保证每个变量按字边界对准。全局变量分配到数据空

间，在同一模块中定义的变量分配到同一个连续的存储空间。(2) 域/结构的对准 C编译器在为结构分配存储空间时，它分配足够的字以包含所 有的结构成员。一组结构中，每个结构开始于字边界。所有的非域 类型对准于字的边界。对域应分配足够多的比特。相邻域应装入一 个字的相邻比特，不能跨越两个字

,否则整个域会被分配到下一个 字中。2013年8月6日3时59分 13

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第6章 C语言程序设计与混合编程 6.1.4 TMS320C54x DSP的C语言规则 1.寄存器规则 在C环境中，定义了严格的寄存器规则。寄存器规则明确

了编译器如何使用寄存器，以及在函数的调用过程中如何保护寄存器。调用函数时，某些寄存器不必由调用者来保护，而由 被调用函数负责保护。如果调用者需要使用没有保护的寄存器， 则调用者在调用函数前必须对这些寄存器予以保护。在编写汇 编语言和C语言的接口程序时，这些规则非常重要。如果编写

时不遵守寄存器的使用规则，则C环境将会被破坏。2013年8月6日3时59分 14

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第6章 C语言程序设计与混合编程 寄存器规则概括如下： (1) 辅助寄存器 ARl、AR6、AR7由被调用函数保护，即可

以在函数执行过程中修改，但在函数返回时必须恢复。在C54xDSP中，编译器将ARl和AR6用作寄存器变量。其中，AR1被用 作第一个寄存器变量，AR6被用作第二个寄存器变量，其顺序 不能改变。另外五个辅助寄存器AR0、AR2、AR3、AR4、 AR5则可以自由使用，即在函数执行过程中可以对它们进行修 改，不必恢复。 (2) 栈指针SP 堆栈指针SP在函数调用时必须予以保护，但 这种保护是自动的，即在返回时，压入堆栈的内容都将被弹出。2013年8月6日3时59分 15

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第6章 C语言程序设计与混合编程 (3) ARP 在函数进入和返回时，必须为0,即当前辅助寄 存器必须为AR0,而函数执行时则可以是其他值。

(4) OVM 在默认情况下，编译器总认为OVM是0。因此，若在汇编程序中将OVM置为1,则在返回C环境时，必须将其

恢复为0。(5) 其他状态位和寄存器可以任意使用，不必恢复。

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2.函数调用规则(1) 参数传递 在函数调用前，将参数以逆序压入运行堆栈。 所谓逆序，即最右边的参数最先压入栈，然后自右向左将参数 依次压入栈，直至第二个参数入栈完毕。对第一个参数，则不 需压入堆栈，而是放入累加器A中，由A进行传递。若参数是长 整型和浮点数时，则低位字先压入栈，高位字后压入栈。若参 数中有结构，则调用函数先给结构分配空间，而该空间的地址 则通过累加器A传递给被调用函数。

一个典型的函数调用图如图6.1所示。在该例中，我们可以 看出，参数传递到函数，同时该函数使用了局部变量并调用另 一个函数。第一个参数不由堆栈传递，而是放入累加器A中传 递。(如图6.1(b)、图6.1(c)所示)。2013年8月6日3时59分 17

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第6章 C语言程序设计与混合编程另外，从这个例子中，我们看到了函数调用时局部帧的产生过程：函数

调用时，编

译器在运行堆栈中建立一个帧用以存储信息。当前函数帧成为局部帧，C环境利用局部帧来保护调用者的有关信息、传递参数和为局部变量分 配存储空间。每调用一个函数，就建立一个新的局部帧。局部帧空间的一部

分用于分配参数区(局部参数区),被传递的参数放入局部参数区，即压入堆栈，再传递到其他被调用的函数中。 (2) 被调用函数的执行过程 被调用函数依次执行以下几项任务： * 如果被调用函数修改了寄存器(如AR1、AR6、AR7),则必须将它们压 栈保护。 * 当被调用函数需分配内存来建立局部变量及参数区时，SP向低地址移 动一个常数(即SP减去一个常数),该常数的计算方法如下： 常数=局部变量长度+参数区中调用其他函数的参数长度2013年8月6日3时59分 18

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第6章 C语言程序设计与混合编程调用前 低 低 传递函数 调用函数 低 SP 局部 参数区 局部帧 SP 返回地址 调用者 参数区 高 调用者 局部变量 SP 参数2… 参数n 高 调用者 局部变量 参数1 累加器A 高 返回地址 参数2… 参数n 调用者 局部变量 参数1 累加器A 传递函数 调用函数

(a)

(b)

(c)

图6.1 函数调用时堆栈的使用2013年8月6日3时59分 19

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第6章 C语言程序设计与混合编程* 被调用函数执行程序。 * 如果被调用函数修改了寄存器ARl、AR6和AR7,则必须予以恢复。 将函数的返回值放入累加器A中。整数和指针在累加器A的低16位中返回， 浮点数和长整型数在累加器A的32位中返回。如果函数返回一个结构体，则 被调用函数将结构体的内容拷贝到累加器A所指向的存储器空间。如果函数 没有返回值，则将累加器A置0,撤销为局部帧开辟的存储空间。ARP在从函 数返回时，必须为0,即当前辅助寄存器为AR0。参数不是由被调用函数弹 出堆栈的，而是由调用函数弹出的。 * SP向高地址移动一个常数(即SP加上一个常数),该常数即为图6.1(b) 所确定的常数，这样就又恢复了帧和参数区。 * 被调用函数恢复所有保存的寄存器。 * 函数返回。 当C程序编译成汇编后, 上述过程如例6.2所示。2013年8月6日3时59分 20

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第6章 C语言程序设计与混合编程 【例6.2】 be_called: ;函数入口

pshm AR6pshn AR7 frame # -16

;保存AR6;保存AR7 ;分配帧和参数区

...frame #16 pshm AR7 pshm AR6 ret2013年8月6日3时59分

;函数主体;恢复原来的帧和参数区 ；恢复AR7 ;恢复AR6 ;函数返回21

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